基于單片機(jī)的空調(diào)機(jī)溫度測控系統(tǒng)設(shè)計

王靜 楊帆 許鑫

摘要：本文以STC89C52單片機(jī)為核心，結(jié)合溫度傳感器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器等硬件和單片機(jī)編程軟件實(shí)現(xiàn)對空調(diào)溫度的智能控制。

關(guān)鍵詞：STC89C52單片機(jī);溫度傳感器;數(shù)模轉(zhuǎn)換器

1 前言

對于信號的采集和控制始終是檢驗(yàn)和控制領(lǐng)域中最為關(guān)鍵的問題。近年來，全球大型工業(yè)用電子恒溫器產(chǎn)品市場規(guī)模增長緩慢，而我國電子恒溫器產(chǎn)品市場則發(fā)展迅速。改進(jìn)空調(diào)溫度的測量和控制系統(tǒng)對于提高產(chǎn)品規(guī)格和市場競爭力至關(guān)重要。

隨著咱們我國現(xiàn)代國民經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步和快速發(fā)展，空調(diào)已經(jīng)逐漸發(fā)展成為我們現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會中許多人們用于日常生活和實(shí)際工作環(huán)境中的重要一個部分。研究一種新型的空調(diào)機(jī)溫度測控系統(tǒng)， 它可以有效地降低能源消耗，提高資源利用率，降低能源消耗。這也一直是我國所大力支持的重點(diǎn)。

2 設(shè)計方案

空調(diào)溫度的測控系統(tǒng)主要組成部分包含溫度采集系統(tǒng)、單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)和屏幕顯示系統(tǒng)，其中單片機(jī)溫度控制電路系統(tǒng)是核心部分，本設(shè)計采用了STC89C52單片機(jī)。單片機(jī)作為核心部分，連接著由傳感器采集到的溫度信號，并通過硬件和軟件對溫度按照預(yù)定的設(shè)置進(jìn)行智能測量和控制，并將結(jié)果傳送至顯示端。

3 硬件系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)分為7個模塊：單片機(jī)系統(tǒng)模塊，液晶顯示 LCD 模塊，溫度系統(tǒng)模塊，數(shù)據(jù)A/D 轉(zhuǎn)換模塊，繼電器系統(tǒng)模塊，報警系統(tǒng)模塊，電源模塊。

3.1? SCT89C52單片機(jī)的電路

本系統(tǒng)的主控系統(tǒng)由STC公司生產(chǎn)的STC89C52單片機(jī)組成。該單片機(jī)是一個功能強(qiáng)大的小型CMOS，具有8位微控制器，可以在8K字節(jié)的系統(tǒng)中閃存并且，STC89C52單片機(jī)的外圍電路包含具有6 MHz振蕩頻率晶體振蕩器的時鐘電路和自動復(fù)位控制電路。

3.2 輸入部分

3.2.1 溫度傳感器模塊及其測溫原理

由于該系統(tǒng)的關(guān)鍵采集點(diǎn)為溫度，所以選擇了具有多優(yōu)點(diǎn)，改進(jìn)過的DS18B20溫度傳感器，該溫度傳感器可以收集各種環(huán)境溫度。和DS1820溫度傳感器相比，該傳感器繼承了DS1820溫度傳感器的所有優(yōu)點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)了以下改進(jìn)： （1）供電范圍擴(kuò)大為 3.0～5.5 V。（2）溫度分辨力可編程。（3）轉(zhuǎn)換速率有很大提高。 （4）內(nèi)部存儲器映射關(guān)系發(fā)生變化。（5）具有電源反接保護(hù)電路。（6）體積減小一半。 另外，DS18B20最大的改進(jìn)之處在于，該溫度傳感器可以以9到12位的分辨率進(jìn)行編程的數(shù)字值，而DS18B20則是固定的9位數(shù)字值，并且在溫度變化期間的頻率延遲從2秒左右減少了到750毫秒。

DS18B20溫度傳感器的主要工作原理和工作過程如下：首先，將一個溫度計數(shù)器1和一個新的溫度計編號寄存器預(yù)置在-55℃，在-55℃，將計數(shù)器1和溫度計編號寄存器扣除一個參數(shù)后的兩個基數(shù)設(shè)置為一個相應(yīng)的值，該參數(shù)和基數(shù)分別對應(yīng)溫度寄存器的編號。通過直接減除或者直接減去從一個低溫溫度系數(shù)的晶體振蕩器上所計算產(chǎn)生的一個脈沖溫度信號參數(shù)來重新開始計算一個基于減法的溫度計數(shù)器1，當(dāng)一個基于減法的溫度計數(shù)器1的一個周期性溫度預(yù)設(shè)值被重新置為0時， 溫度計數(shù)字寄存器的每個周期的線性值累加1，并重復(fù)減法數(shù)字1的默認(rèn)值上膛了減法溫度計數(shù)器1開始計算信號溫度的高頻脈沖調(diào)制，低溫晶體振動信號產(chǎn)生之后重復(fù)循環(huán)停止該溫度分?jǐn)?shù)值的連續(xù)累積，直到溫度分?jǐn)?shù)線減法計算器2達(dá)到0，此時這個儲存在溫度寄存器文件中的溫度值值也就是我們所需要測得的具體溫度。通將斜帶速率減影累加器的一個預(yù)置輸出信號作為斜率補(bǔ)償和溫度校正表示溫度在快速測量系統(tǒng)工作溫度過程的途中的非線性，并對斜率減影溫度計數(shù)器的一個預(yù)置溫度值計算方式錯誤進(jìn)行了測量修正，計算程序循環(huán)執(zhí)行，直到門關(guān)閉，完成溫度溫度計算注冊，這是DS18B20溫度測量原理。

3.2.2 鍵盤的設(shè)計

鍵盤上有一個稱為“矩陣鍵盤”的鍵盤，I/O端口線用來形成行和列的結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行和列的交點(diǎn)上。4×3行列式結(jié)構(gòu)，它們組合成12個快捷鍵即可。如果使用的密鑰數(shù)量相對較大，則可以有效地保存I/O組合在本例中還提供了三個單獨(dú)的密鑰。

3.3 輸出部分

3.3.1 報警模塊

該系統(tǒng)還包含報警裝置，該裝置主要有傳感器和揚(yáng)聲器組成，當(dāng)傳感器檢測到的溫度信號不在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)或者默認(rèn)情況下時，傳感器便會輸出信號驅(qū)動揚(yáng)聲器，發(fā)出報警警告。

3.3.2 繼電器模塊

在該系統(tǒng)中，繼電器由一個NPN三極管進(jìn)行驅(qū)動，并且三極管上帶有一個壓縮機(jī)的工作指示燈，繼電器模塊。

3.3.3 LCD1602液晶顯示

液晶顯示器（LCD）是一種通用的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，具有體積小、凈重輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。目前市場上的液晶顯示器有三種類型：場型、點(diǎn)陣字符型和點(diǎn)陣圖形型。這個顯示系統(tǒng)主要是廣泛利用基于點(diǎn)陣式的各種液晶應(yīng)用顯示器件模塊的LCD1602，廣泛地已被應(yīng)用在各種類型單片機(jī)的液晶應(yīng)用顯示系統(tǒng)中。

4.軟件設(shè)計

該軟件的編程按照以下的順序進(jìn)行：啟動、LCD初始化、溫度傳感器的初始化、溫度變換、顯示的溫度系統(tǒng)是否已經(jīng)超出了預(yù)設(shè)的區(qū)域，當(dāng)溫度系統(tǒng)超出了預(yù)設(shè)的區(qū)域范圍內(nèi)，繼電器就會自動中斷，如果沒有控制的溫度已經(jīng)超出了預(yù)設(shè)的區(qū)域內(nèi)，報警自動中斷，繼電器就會自動停止，延時后再返回該程序進(jìn)行初始化。

5.軟件調(diào)試

本設(shè)計采用Proteus軟件對MCU系統(tǒng)的一部分進(jìn)行仿真，并在硬件電路上連接模擬器。如果電路工作不正常，程序采用幾次停止并逐步運(yùn)行程序，及時識別和糾正程序中的錯誤。

河北科技學(xué)院