基于51 單片機智能溫控睡袋的設計

吳 帆 劉偉強 牧淑清 畢中澳

（安徽師范大學皖江學院 電子工程系，安徽 蕪湖241008）

1 概述

當今社會，戶外旅游逐漸成為當代社會時尚的潮流。首先，當人們追求良好的室外體驗時，若睡眠不足，對下一步的行程體驗會產生很大的不利影響。其次，面對經濟增長速度日益快，人們會投入更多的時間和精力來保護自己的身體，尤其是對剛出生嬰兒到免疫能力下降的兒童。

另外，對于一線抗震人員來說，日以繼日地抗震救災，使他們只能在抗戰中維持1-2 個小時的睡眠，而高質量的睡覺則顯得更加重要。面對這種情況，本設計對溫控睡袋進行改良以滿足不同人群的需要。

一般而言，睡袋的基本需求有兩個：首先是人們所能承受的最低溫度，其次是人們身體所能感受到的最適溫度。經調查發現，市場上許多睡袋的最低極限溫度都不能滿足設想中的要求，可能在零下5℃達到了人體的極限，而睡袋的最低極限溫度也達不到人體的需求。因此，本設計對溫控睡袋進行改良時首先要確保用戶的生命健康，同時使用戶獲得更舒適的休閑環境。

2 系統總體設計

本設計系統原理圖如圖1 所示，將使用DS18B20 溫度采集模塊采集睡袋中當前的溫度，通過溫控系統控制溫度；并在LCD12864 液晶屏上顯示溫度。本設計通過外部電源向睡袋輸送電能，睡袋的底部材料通過增加一層熱絲完成了加熱的環節。在睡袋設計過程中設置上下限溫度，當溫度超過上下限時，繼電器將會斷開電熱絲不會加熱確保睡袋內的溫度不會太高，使人能夠在安全舒適的環境下工作。

圖1 系統原理圖

2.1 系統硬件設計

溫控系統設計主要包括at89c51 單片機、DS18B20 溫度采集模塊、LCD12864 溫度顯示模塊、溫控裝置。at89c51 為主控制器，當枕袋內的溫度小于設置的下限時，繼電器開始啟動，電熱絲位于線路上，睡袋內溫度開始升高，提供熱量。當測得的溫度大于設定的溫度，繼電器從導通轉為截止狀態,加熱設備停止加熱。系統硬件工作流程圖如圖2 所示。

圖2 硬件工作原理圖

2.1.1 溫度讀取模塊

DS18B20 溫度傳感器包含AD 轉換器，其通信線路可以與各種單片機直接進行通信，讀取相關溫度傳感數據，該電路的主要用于從事各種單片機軟件應用程序的可編程調試工作。該數字溫度計中有9 個溫度讀數，用來表示器件的溫度。信息通過一個單線接口傳送到傳感器接口或者通過一個傳感器的接口傳出，所以從中央處理器到DS18B20 只需要連一條線讀寫和完成溫度變化需要的電源可由數據線提供，而不需要外部電源。DS18B20 溫度傳感器僅有三條外引線：單線數據傳輸總線端dq、vdd 外供電源和共用地線gnd。其應用領域主要有消費產品、溫度計，任何熱敏體系或恒溫控制。

2.1.2 LCD12864 液晶顯示模塊

LCD12864 液晶顯示器是一種字符型的液晶顯示器，它是點陣型的，其形式是m×n 個顯示單元，如果lcd 顯示器為64行，每一個列有128 列，每8 個列對應一字節，即每行16 個字節，那么總共有64×8=128 個點。在接受指令之前，微處理器首先必須確定該模塊的內部是非忙碌的，bf 在讀取該模塊時必須為0，此時bf 才能接受新指令；如果不檢查BF 標志。在發送指令之前，發送該指令和前一個指令之間必須要隔一段時間，即等待前一個指令實際執行完畢才能執行下一個指令。

2.2 系統軟件設計

圖3 睡袋溫控系統仿真圖

系統應用軟件的設計主要基于kile5 單片機的系統開發軟件環境，使用c51 語言來自行編寫一個系統應用程序，并對其進行軟件翻譯和測試排除系統錯誤，直到不發生系統錯誤。生成的.hex 文件進行加載同步至51 單片機控制芯片，可以清楚看到對整個溫控控制系統的一次仿真測試效果。本設計主要的軟件設計方法是自動完成各種溫度值的讀取、轉換、顯示和溫度比較，本系統采用了一種模塊式的軟件設計工作理念，包括溫度系統初始值優化的子程序、溫度自動測量子程序、LCD12864 液晶顯示處理子程序的軟件設計、鍵盤和掃描處理子程序、中斷延時服務處理子程序的軟件設計和中斷延時服務子程序等等。

3 仿真調試及測試結果分析

采用keil 對程序進行編譯，結合Proteus 軟件進行仿真，仿真電路如圖3、圖4 所示。設置溫度為上限溫度，當前溫度為外界溫度，通過按鍵可以控制溫度的大小，當當前溫度大于設置溫度時，P0.0 口電平會由高電平變為低電平，此時外部加熱設備停止加熱。

圖4 LCD12864 液晶顯示模塊仿真圖

當設定上限溫度從11℃上升到35℃時，其測試結果數據如表1 所示。

表1 測量數據結果

測試結果表明，當加熱溫度上升到設置的上限溫度時，p0.0端口會跳變及外部加熱設備停止加熱。

4 結論

本文結合實際應用，詳細介紹了利用C51 單片機設計一款智能溫控睡袋。通過仿真不斷優化睡袋性能，并使其配置靈活、接口方便，有效的為戶外旅游或工作的人提供一個安全且舒適的休息環境。