智能溫度控制系統研究

謝國坤 賈亞娟 鄭凱

【摘 要】智能溫度控制系統采用現在流行的STC89C52單片機，配以DS18B20數字溫度傳感器，該溫度傳感器可自行設置溫度上下限。單片機將檢測到的溫度信號與輸入的溫度上、下限進行比較，由此作出判斷是否啟動繼電器以開啟設備。該溫度控制系統采用單片機進行控制，不僅具有控制方便、簡單、靈活等特點，而且還可以大幅度提高被控溫度的技術指標，從而能夠大大提高產品的質量。因此，智能化溫度控制技術正被廣泛地采用。該設計已應用于花房，可對花房溫度進行智能監控。

【關鍵詞】溫度控制；STC89C52；DS18B20

【中圖分類號】 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）05-0103-02

0 引言

隨著社會的發展與科技的進步，以及測溫儀器在各個領域的廣泛應用，智能化已是現代溫度控制系統發展的主流方向。特別是近年來，溫度控制系統[1]已應用到人們生活的各個方面，但溫度控制一直是一個未開發的領域，卻又是與人們息息相關的一個實際問題。針對這種實際情況，設計一個溫度控制系統，具有廣泛的應用前景與實際意義。

1 系統硬件設計

1.1 溫度檢測電路設計

在花房的溫度控制系統中，溫度檢測部分采用了DS18B20芯片[2]，其硬件電路比較簡單，其接口電路如圖1所示。

DS18B20溫度傳感器只有3個引腳，其中第一引腳為電源GND，第二引腳為數據傳輸引腳，為了增強DS18B20的輸出能力，在此引腳上加了一個10 K的上拉電阻，如圖1中R2所示，第三引腳為電源VCC，只需要連接電源正極即可。

1.2 繼電器控制電路設計

在本系統中，由于風扇需要的電流比較高，如果風扇與單片機共用一個電源時，當水泵工作時會將整個電壓拉低，導致單片機及其他用電芯片不能正常工作，最終導致系統無法正常運作。因此在本系統中，采用了繼電器[3]作為控制抽水泵的控制電路，其電路連接圖如圖2所示。

圖2中除了繼電器和風扇以外，還有4個元件，分別為2個電阻1個LED和1個三極管，其中三極管采用了一個型號為9012的PNP三極管，其起到信號放大的作用。從圖2中可以看出，當有電流從繼電器中流過時，繼電器就會吸合，使風扇通電開始工作，但是由于單片機的IO口驅動能力不足，不能直接控制繼電器，因此增加了一個三極管，單片機只需要控制三極管的導通，當三極管導通時，電流從正極經過繼電器流向負極，繼電器吸合。當然，控制三極管導通的電流非常小，比直接控制繼電器小很多，單片機的IO口足夠驅動起來。LEDD1為指示燈，當繼電器閉合的同時，LED也會亮。R3和R4均為限流分壓電阻，由于LED的額定電壓為2 V，而從三極管導通過來的是5 V電壓，因此需要加一個1 K電阻與LED燈串聯在一起，起分壓的作用，即1 K電阻上面有3 V電壓，LED兩端有2 V電壓，這樣LED燈就不會因電壓過高而燒壞。三極管基極與單片機P2.0相連，因此需要抽水泵工作時，只需要控制P2.4為低電平即可。

2 系統軟件設計

一個智能化的電路系統要完美執行各項功能，除了要有硬件結構作為基礎之外，還需要有與其配套的驅動程序，特別是在微電子技術飛快發展的現代，硬件的統一結構和全面化接口，使很多系統只需要更改軟件驅動程序就可以實現各種不同的功能，因此軟件編程技術變得越來越重要。在花房溫度控制系統的設計中，也是由于軟件驅動程序的存在，再配合硬件電路，才能使系統完成溫度的檢測并對其進行控制。

2.1 讀出溫度子程序設計

在花房溫度控制系統中，采用DS18B20傳感器進行溫度的檢測。在溫度檢測中，讀取溫度子程序是必不可少的。溫度的讀取主要是對DS18B20的RAM中字節的讀取，在DS18B20的RAM中有9個字節存儲了溫度信息，只要對這幾個字節進行讀取，最后再經過CRC校驗，就可以將溫度值讀出。在對DS18B20內部數據讀取時是非常嚴格的，在時序方面要嚴格按照DS18B20的時序表進行。首先將DS18B20復位，為讀取溫度做好準備。由于該設計只用了一個DS18B20溫度傳感器，因此不需要對ROM序列號進行匹配。然后向溫度傳感器輸入開始讀取溫度的命令，DS18B20接受到命令之后，開始向單片機傳送帶有溫度信息的字節，其中傳輸方式為由高位到地位，總共有12個字節，其中整數部分有7個，小數部分有4個。最后單片機再對這些數據整合處理，并將溫度以字符串的方式顯示在液晶屏上。其溫度讀取子程序流程圖如圖3所示。

2.2 溫度控制子程序設計

在花房溫度控制系統中，溫度的控制是采用兩個繼電器對溫度進行加熱和降溫。實時獲取當前的溫度值，當溫度值大于之前設置的溫度報警上限值時，將驅動控制風扇的繼電器導通，使風扇開始轉動；反之，當溫度值不大于之前設置的溫度報警上限值時，將驅動控制風扇的繼電器斷開，使風扇停止轉動。同理，當溫度值小于之前設置的溫度報警下限值時，將驅動控制加熱片的繼電器導通，使加熱片開始加熱；反之，當溫度值不小于之前設置的溫度報警下限值時，將驅動控制風扇的繼電器斷開，使加熱片停止加熱。溫度控制子程序流程圖如圖4所示。

3 結語

該系統可以通過采集環境溫度并反饋給單片機，使用起來相當方便，具有精度高、靈敏度高、便于觀察、體積小、功耗低等優點，適合于當做條文處理模塊嵌入其他系統中，作為其他主系統的輔助擴展。該系統結構簡單，抗干擾能力強，適合在自動控制的環境下進行溫度控制，具有一定的實際應用價值。

參 考 文 獻

[1]陳彥霖.基于單片機的溫度控制系統[J].電子技術與軟件工程，2018（2）.

[2]王安敏.基于SD5020溫度傳感器的數字溫度計[J].計算機與數字工程，2018（2）.

[3]葉雪榮.航天繼電器貯存過程吸合時間退化機理研究[J].電工技術學報，2017（6）.

[責任編輯：鐘聲賢]