基于單片機(jī)的溫控系統(tǒng)設(shè)計

唐 靜，申 毅，趙麗芬

（銅仁學(xué)院 大數(shù)據(jù)學(xué)院，貴州 銅仁 554300）

基于單片機(jī)的溫控系統(tǒng)設(shè)計

唐 靜，申 毅，趙麗芬

（銅仁學(xué)院 大數(shù)據(jù)學(xué)院，貴州 銅仁 554300）

該設(shè)計是以STC89C52單片機(jī)為核心，采用DS18B20作為溫度傳感器，七段數(shù)碼管作為數(shù)值顯示，矩陣鍵盤實現(xiàn)溫度控制。利用Proteus軟件進(jìn)行電路設(shè)計及電路仿真，采用uVi/sion4軟件進(jìn)行程序編寫。本設(shè)計是采用溫度傳感器獲取當(dāng)前的溫度值，并通過單片機(jī)將該溫度值與鍵盤輸入的溫度值進(jìn)行比較，若前者溫度值小于后者溫度值時，系統(tǒng)處于加熱狀態(tài)；若前者溫度值不小于后者溫度值時，系統(tǒng)處于停止加熱狀態(tài)。

單片機(jī)；溫度控制；傳感器

溫度是大自然的基本物理量，與人們的生活息息相關(guān)。大到宇宙星空，小到細(xì)菌微生物，無處不存在溫度。而溫度控制在人類的生產(chǎn)生活中處處涉及，隨著工業(yè)化的發(fā)展，溫度的時時監(jiān)測和控制越來越重要，智能溫控理論也隨著誕生。而采用單片機(jī)來實施對溫度的智能控制，不僅控制方便、成本低廉、可操作性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，而且可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和輸了的指標(biāo)。20世紀(jì)70年代初智能控制系統(tǒng)的相應(yīng)概念開始提出。1985年8月，電氣和電子工程師協(xié)會（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）在美國召開了世界第一次智能控制學(xué)術(shù)討論會，會議決定設(shè)立一個智能控制委員[1]。這次會議標(biāo)志著智能控制領(lǐng)域的正式誕生。20多年過去了，如今智能控制理論得到了極大的發(fā)展，并且涌現(xiàn)眾多而新穎的控制理論[2]。智能溫度控制器于20世紀(jì)90年代中期問世，當(dāng)時控制能力比較單一、精度欠缺[3]。步入21世紀(jì)后，智能溫控得到了迅猛的發(fā)展，而超高的精度、功能的多樣、總線的標(biāo)準(zhǔn)化、高穩(wěn)定的性能等也在不斷進(jìn)行優(yōu)化[4]。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 系統(tǒng)框架

該系統(tǒng)由核心部件AT89C51來處理從溫度傳感器DS18B20采集的溫度通過74SL47譯碼器顯示在數(shù)碼管上，并由矩陣鍵盤設(shè)置所需的溫度，當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值時，單片機(jī)將控制續(xù)電器，停止加熱；若未達(dá)到預(yù)設(shè)值將繼續(xù)加熱。系統(tǒng)總體功能如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體功能

1.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路

單片機(jī)最小系統(tǒng)即是單片機(jī)可以工作時所需的最少組成元件。對52系列單片機(jī)來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該有：（1）單片機(jī)；（2）晶振電路（一個晶振兩個電容）；（3）復(fù)位電路（一個按鍵一個電解電容兩個電阻）。最小系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 單片機(jī)最小系統(tǒng)

1.3 溫度采集電路

DS18B20是達(dá)拉斯（DALLAS）公司生產(chǎn)的單總線式數(shù)字溫度傳感器。其因微小化的體型、低廉的成本、超小的功耗、超強(qiáng)的抗干擾能力、高精度、樣式多等多種特點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛[5]。溫度采集電路如圖3所示。

圖3 溫度采集電路

DS18B20的初始化過程如下：

1.先將數(shù)據(jù)線置高電平“1”。

2.延時（延時時間要短）。

3.數(shù)據(jù)線拉到低電平“0”。

4.再延時（延時范圍在480～960 us，一般是750 us）。

5.數(shù)據(jù)線拉到高電平“1”。

6.延時等待。

7.將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平“1”后結(jié)束。

1.4 數(shù)碼管動態(tài)顯示電路

本系統(tǒng)是采用了LED七段數(shù)碼動態(tài)顯示電路來顯示溫度值，74LS47作為顯示電路的驅(qū)動。該顯示范圍在0～99，電路由譯碼器和數(shù)碼管兩部分組成。顯示電路如圖4所示。

圖4 顯示電路

該系統(tǒng)是由兩個兩位共陽數(shù)碼管通過74LS47譯碼器譯碼來實現(xiàn)顯示功能。而兩個兩位數(shù)碼管分別用來顯示當(dāng)前溫度和預(yù)定溫度。

1.5 鍵盤輸入電路

該電路是采用外部中斷0（P3.2口）控制矩陣鍵盤的輸入請求，采用4×3矩陣鍵盤掃描技術(shù)。當(dāng)按下“設(shè)置（中斷請求鍵）”鍵時，進(jìn)入“預(yù)設(shè)”溫度值的設(shè)置，可從鍵盤中自由輸入0—9的數(shù)字，如果輸入錯誤或更改時可按“清除（*）”鍵進(jìn)行刪除，如果確定“預(yù)設(shè)”溫度值請按“確定（#）”鍵，保存設(shè)置并退出鍵盤輸入，進(jìn)入溫度控制狀態(tài)。鍵盤輸入電路如圖5所示。

圖5 鍵盤輸入電路

1.6 加熱控制電路

該電路的主要任務(wù)是完成單片機(jī)所發(fā)出的信號來控制外部設(shè)備的加熱或暫停加熱。默認(rèn)狀態(tài)是暫停加熱。當(dāng)P3.6口為高電平時，本電路處于“暫停加熱”狀態(tài)，則D1亮，D2滅；當(dāng)P3.6口為低電平時，電路處于“加熱”狀態(tài)，則D2亮，D1滅。加熱控制電路如圖6所示。

圖6 加熱控制電路

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

在測試過程中該流程是驅(qū)動DS18B20工作。先將DS18B20初始化后，通過讀寫命令獲取被測物溫度值并將其溫度值保存。

系統(tǒng)的流程分4個部分：系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)讀取、溫度控制執(zhí)行、顯示溫度。主程序流程如圖7所示。

圖7 主程序流程

3 結(jié)語

針對溫度控制問題，設(shè)計并實現(xiàn)了一種以STC89C52單片機(jī)為核心，采用DS18B20作為溫度傳感器，七段數(shù)碼管作為數(shù)值顯示，矩陣鍵盤實現(xiàn)溫度控制器。利用Proteus軟件進(jìn)行電路設(shè)計及電路仿真，uVision4軟件進(jìn)行程序編寫。本設(shè)計是采用溫度傳感器獲取當(dāng)前的溫度值，并通過單片機(jī)將該溫度值與鍵盤輸入的溫度值進(jìn)行比較，若前者溫度值小于后者溫度值時，系統(tǒng)處于加熱狀態(tài)；若前者溫度值不小于后者溫度值時，系統(tǒng)處于停止加熱狀態(tài)。

[1]陳建元.傳感器技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2]張齊，朱寧西.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)—基于C51的Proteus仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[3]劉同法.單片機(jī)C語言編程基礎(chǔ)與實踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

[4]劉建清. 51單片機(jī)C語音非常入門與視頻演練[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[5]王毅，萬英，陳承格.數(shù)字式溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計[J].福建師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012（1）：44-48.

Design of temperature control system based on SCM

Tang Jing, Shen Yi, Zhao Linfen
（Big Data College of Tongren University, Tongren 554300, China）

The design is taking STC89C52 micro-controller as the core, adopts DS18B20 as the temperature sensor, seven digital tube as a numerical display and uses matrix keyboard to achieve temperature control. Proteus software is used to carry out circuit design and circuit simulation, and adopts uVision 4 software to write program. This design is to obtain the current temperature by temperature sensor, and compares the temperature value and temperature value to the keyboard input through the micro-controller, if the former temperature value is less than the latter temperature value, the system is in a state of heating; if the former is greater than the latter temperature, the system is stopped heating.

SCM; temperature control; sensor

唐靜（1986— ），女，貴州銅仁，本科，講師；研究方向：傳感器，單片機(jī)。