基于單片機的室內(nèi)測溫控制系統(tǒng)設計

侯佳亮 張濤 盧涵宇

摘要：隨著計算機和物聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，人們對室內(nèi)溫度控制的要求越來越高。本文設計的室內(nèi)測溫控制系統(tǒng)，以AT89C52芯片為核心，采用單片機、DS18820傳感器為測量元件，按鍵設定為輸入，通過LCDl602顯示構成自動化測溫控制系統(tǒng)。應用定值開關算法及溫度控制系統(tǒng)軟件，最終實現(xiàn)對室內(nèi)溫度的精確實時監(jiān)測和自動調(diào)控。

關鍵詞：AT89C52;DSl8820溫度傳感器;LCD1602;溫度控制

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）13-0242-03

溫度是反映物體或者環(huán)境的冷熱程度，隨著科技的進步和人們生活水平的不斷改善，溫度自動檢測與控制在工農(nóng)業(yè)等方面應用越來越普及，比如在智能家居中溫度的自動調(diào)節(jié)，蔬菜大棚智能溫室等。因此室內(nèi)溫度檢測系統(tǒng)的廣泛應用也逐漸成為研究熱點。

本論文設計在結合溫度檢測與單片機功能的基礎上，設計以單片機為核心的測溫系統(tǒng)。主要采用模塊化和層次化的理念，把溫度獲取、單片機計算以及LCD顯示系統(tǒng)性相結合。測溫系統(tǒng)以5l單片機最小系統(tǒng)為核心，DSl8820傳感器為測量元件，按鍵設定為輸入，通過LCDl602顯示構成自動化測溫控制系統(tǒng)。從而實現(xiàn)室內(nèi)溫度的實時監(jiān)控以及超過（低于）設定溫度時并進行自動報警，同時可以控制其他升溫（降溫）設備系統(tǒng)，以此來維持室內(nèi)溫度的恒定。

1整體系統(tǒng)電路設計

基本單片機的室內(nèi)測溫控制系統(tǒng)設計共有六大電路部分：主控電路、溫度測量電路、溫度顯示部分、溫度設定電路、溫度控制電路、溫度報警電路。系統(tǒng)的整體設計框圖如圖1所示。主控部分采用AT89C52單片機作為主體，編程控制硬件電路，實現(xiàn)自動檢測參數(shù)指標。溫度測量電路主要進行溫度的檢測，溫度的測量主要是對溫室內(nèi)的溫度進行實時的采集，DS18820芯片把所采集到的溫度傳送給主控制單元;溫度的設定部分主要是根據(jù)室內(nèi)所需要。

需要的相對恒定的溫度范圍進行設定（包括溫度范圍的上限值和溫度范圍的下限值）。溫度顯示電路主要是把主控單元輸出的數(shù)據(jù)通過LCDl602液晶顯示出來，以便看工作人員觀察;溫度的控制部分主要是實時溫度不在所設定的溫度范圍內(nèi)時，通過控制外部降溫或者升溫設備絕對室內(nèi)進行經(jīng)文或者升溫處理;溫度的報警電路設計主要是在實時溫度如果不在所設定的溫度范圍內(nèi)時會自動發(fā)出報警提醒。

2主要硬件設計

2.1主控電路

主控電路的硬件連接比較簡單，可以利用單片機的引腳口P1、P2、P3中的任意一個接口與單總線連接起來從而實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸，同時還可以通過轉換器串行口使單片機與和計算機相連接，這樣一來便可以是實現(xiàn)溫控系統(tǒng)與Windows操作系統(tǒng)之間進行軟件管理。

單片機工作需要三個基本條件：接電路供電電源、接石英晶體振蕩器和按鍵復位電路以及把程序燒錄到單片機最小系統(tǒng)芯片中，如圖2所示。

STC89C52單片機的最小化系統(tǒng)的設計中只使用了單片機的一片集成化電路，這樣一來可以實現(xiàn)電路系統(tǒng)的低功耗、簡單運算控制等。

單片機通常情況下在每次正常的開機或者工作過程中處于非正常工作狀態(tài)時，都需要對系統(tǒng)進行初始化操作，以便中央處理單元（CPU）和其他的功能性部件都處于一個確定話的初始狀態(tài)，在并在此以后按照這個狀態(tài)開始后續(xù)的工作。從單片機的工作電路原理中可以看出單片機或者其最小系統(tǒng)的復位工作都是需要外部電路進行實現(xiàn)的。其中原理為當時鐘電路開始工作以后，如果在單片機的RST（復位）引腳上出現(xiàn)兩個或者兩個以上的機器周期處于高電平的工作狀態(tài)時，此時單片機可以實現(xiàn)初始化狀態(tài)。

2.2溫度測量電路

本設計采用DSl8820溫度傳感器芯片。該芯片的內(nèi)部結構如圖3所示。該傳感器主要有三部分組成，分別為64位的閃存ROM、溫度傳感器以及非易失性溫度報警觸發(fā)器（Non-vola-tile Temperature Marm Starter）TH和TL。這種智能傳感器的供電方式?jīng)]有太多的限制，既可以通過寄生供電（Parasite Power）也可以通過外部電源（+5V）另外供電。如果是在寄生供電的情況下，在總線處于高電平時DSl8820便可以從總線上獲得能量存儲到自己內(nèi)部電容上，當總線處于低電平時，便可以有自己內(nèi)部電容為其供電。

2.3溫度顯示電路

本測溫控制系統(tǒng)的顯示主要是體現(xiàn)在實時檢測溫度變化范圍以及與溫度相關數(shù)據(jù)的顯示。由于LCD液晶顯示不僅可以顯示數(shù)字，還可以顯示文字、圖形等，而且背光的亮度也是可調(diào)節(jié)以便達到節(jié)能的標準。因此在本設計中研究的溫控電路設計中顯示模塊使用的是LCD1602液晶，系統(tǒng)的顯示電路可以用來顯示DS18820采集到的周圍環(huán)境或者物體溫度的實時溫度和相關數(shù)值等。溫度顯示電路如圖4所示。

2.4溫度控制電路

溫度控制模塊包含：降溫電路和升溫電路二個子模塊。降溫電路的設計中主要是由NPN三極管、繼電器、降溫模擬風扇等元件組成。三極管的集電極通過一個單向?qū)ǖ亩O管接的是+5V的電壓源，基極是通過一個電阻（R6）和單片機的P1.5口相連接，三極管的發(fā)射極接地，而在二極管D2的兩端并聯(lián)一個繼電器，繼電器的作用是控制降溫風扇對溫室內(nèi)的溫度進行降溫處理。通過這樣的電路設計可以對室內(nèi)進行通風，以便達到降溫的目的。

升溫電路的設計中同樣也是由NPN三極管、控制繼電器、模擬升溫加熱絲等組成。三極管的集電極通過一個單向?qū)ǖ亩O管接的是VCC電壓源，基極是通過一個電阻（R7）和單片機的P1.6口相連接，三極管的發(fā)射極接地，而在二極管D4的兩端并聯(lián)一個繼電器，繼電器的作用是控制升溫加熱絲對溫室內(nèi)的溫度進行升溫處理。通過這樣的電路設計可以對室內(nèi)進行升溫處理。

2.5溫度報警電路

本溫控系統(tǒng)的報警電路設計主要是由PNP三極管、限流電阻和LED發(fā)光二極管組成。其中PNP三極管的發(fā)射極接的是+5V的電壓源，三極管的基極可以通過一個1K的電阻和單片機的P1.3口以及P1.4口相連接，三極管的集電極可以接地。通過這樣的電路設計可以實現(xiàn)溫度報警的目的，溫度報警的電路如圖5所示。

本溫控系統(tǒng)所設計的溫度報警電路的主要工作方法是：當DSl8820傳感器所獲取的實際溫度在所設定的溫度范圍之內(nèi)時，對應于單片機P1.4口輸出的是高電平，此時PNP三極管的發(fā)射極和基極之間是不會導通的，因此發(fā)射極和集電極之間不能構成回路，報警指示燈也就不會被點亮;同樣的道理，如果被測量的溫度不在所設定的范圍之內(nèi)（高于設定溫度范圍的最大值或者低于設定溫度范圍的最小值），此時單片機對應的I/O引腳便會輸出低電壓，PNP三極管的發(fā)射極和基極之間便會被導通，此時控制發(fā)射極和集電極之間的回路也會被導通，對應的報警指示燈會被點亮。

2.6電源模塊

本設計電源模塊通過電路設計可以給系統(tǒng)中的各個元器件進行供電，以保證系統(tǒng)的正常運行。電源電路如圖6所示，供電電路由濾波器、變壓器、集成穩(wěn)壓以及二極管整流橋構成了該系統(tǒng)穩(wěn)壓電源電，可以提供穩(wěn)定而且合適的電能。

3系統(tǒng)測試和實現(xiàn)

本系統(tǒng)的軟件設計主要分三大模塊：系統(tǒng)主程序模塊、溫度采集模塊程序、LCD1602顯示驅(qū)動程序模塊。系統(tǒng)需要完成對各接口芯片的初始化，設置啟動/清除標志寄存器、顯示寄存器和語音寄存器，并對它們進行初始化，還需要中斷向量的設計以及開中斷、循環(huán)等待等工作，溫度檢測子程序主要是溫度控制，LCD顯示子程序主要是溫度顯示和報警。系統(tǒng)主程序流程圖如圖7所示。

4結論

本文設計了基于單片機的室內(nèi)溫度測量控制系統(tǒng)，系統(tǒng)包含AT89C52單片機、DS18820數(shù)字溫度傳感器、LCD1602的顯示電路、溫度設定電路等電路，系統(tǒng)中選擇定值開關控制法、PID線性溫度控制法和智能溫度控制法進行搭配組合，實現(xiàn)對水溫的精確監(jiān)控基于系統(tǒng)操作簡單，實用性強。