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

邵鵬

（西安科技大學(xué)高新學(xué)院，陜西 西安 710109）

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

邵鵬

（西安科技大學(xué)高新學(xué)院，陜西 西安 710109）

單片機(jī)在測試測控系統(tǒng)中占據(jù)著重要的地位，本文以AT89C51單片機(jī)為基礎(chǔ)，進(jìn)行了空調(diào)溫度測試測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，分析了其硬件設(shè)計(jì)組成及軟件功能實(shí)現(xiàn)，旨在為空調(diào)溫度測試測控系統(tǒng)的相關(guān)研究和設(shè)計(jì)實(shí)踐提供參考.

單片機(jī)；空調(diào)溫度；測試測控系統(tǒng)；硬件設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)

空調(diào)是重要的制冷產(chǎn)品，在人們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛.當(dāng)前，空調(diào)控制方式大多為手動(dòng)控制，人們定時(shí)對溫度和濕度進(jìn)行查看，以相關(guān)要求為基礎(chǔ)開啟或關(guān)閉設(shè)備，不僅耗時(shí)耗力，且可靠性較差.基于以上，本文設(shè)計(jì)了一款基于AT89C51單片機(jī)的空調(diào)溫度測試測控系統(tǒng)，旨在進(jìn)一步推進(jìn)空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展，提升其應(yīng)用水平.

1 硬件設(shè)計(jì)

以AT89C51單片機(jī)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)空調(diào)溫度測試測控系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1

1.1 溫度測試電路

溫度測試電路以DS18B20型號的溫度芯片為基礎(chǔ)，其位一線式數(shù)字溫度傳感器，測溫范圍在零下55℃到零上125攝氏度之間，溫度分辨率較高，能夠達(dá)到0.0625攝氏度[1].除此之外，該溫度芯片還有著微型化、抗干擾能力強(qiáng)、低功耗等眾多優(yōu)點(diǎn)，在溫度測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛.溫度芯片DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示.

圖2 溫度芯片DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)

溫度芯片DS18B20包含四個(gè)數(shù)據(jù)部件：（1）溫度靈敏元件；（2）溫度報(bào)警觸發(fā)器：主要為TG和TL，屬于非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器，通過軟件可將溫度報(bào)警限值寫入，實(shí)現(xiàn)溫度超限報(bào)警功能[2]；（3）64位激光ROM：主要包括8位CRC、8位家族代碼及48位序列號；（4）配置寄存器：其為高速暫存存儲器第五字節(jié)，在0工作時(shí)，以寄存器分辨率為依據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)溫度向?qū)?yīng)精度數(shù)值的轉(zhuǎn)換，各位定義如圖3所示.

圖3 寄存器結(jié)構(gòu)

在圖3中，TM指的是測試模式標(biāo)志位，寫入0，不能被改變，R0和R1為溫度及分辨率設(shè)置位，其對應(yīng)的分辨率有四種，如表1所示.在出廠的時(shí)候設(shè)置為缺省值，R0=R1=1，即為12位分辨率[3].用戶可以根據(jù)獲取分辨率的需要對配置寄存器進(jìn)行改寫.

表1 配置寄存器與分辨率對應(yīng)關(guān)系表

高速暫存存儲器中包含9個(gè)字節(jié)，發(fā)布溫度轉(zhuǎn)換命令之后，轉(zhuǎn)換值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式在第0和第1個(gè)字節(jié)中存放，利用單線接口，單片機(jī)可對給數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，對應(yīng)溫度計(jì)算如下：符號位S=0，進(jìn)行二進(jìn)制位向十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換，符號位S=1，首先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，之后再進(jìn)行十進(jìn)制值的計(jì)算.

溫度芯片DS18B20屬于一種單線數(shù)字溫度傳感器，其不需要外圍電路支持，僅通過1根線就可以實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的連接，連接原理圖如圖4所示.采用外部電源為溫度芯片DS18B20供電.

圖4 溫度芯片DS18B20與單片機(jī)連接原理圖

1.2 鍵盤和顯示電路

本文設(shè)計(jì)的空調(diào)溫度測試測控系統(tǒng)采用矩陣式鍵盤，包括20個(gè)按鍵，其中有10個(gè)數(shù)字鍵，還包括各種功能鍵.按鍵時(shí)，8279會產(chǎn)生中斷信號，并將此中斷信號傳輸至單片機(jī)中，最后對應(yīng)啟動(dòng)響應(yīng)的功能程序.

顯示電路由75451和LED數(shù)碼管組成，1片75451與5個(gè)LED數(shù)碼管相連，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示功能，主要顯示內(nèi)容包括溫度正負(fù)號、通道號、溫度值個(gè)位、十位及小數(shù)點(diǎn)后一位.

1.3 電源電路

本文采用的 AT89C51單片機(jī)工作電源為+5V，底層電路功耗相對較小，整個(gè)空調(diào)測試測控系統(tǒng)的功耗較小，采用7805三端穩(wěn)壓片就可以滿足系統(tǒng)的供電要求.

1.4 看門狗電路

底層電路板的工作環(huán)境較為惡劣，在惡劣的環(huán)境下，單片機(jī)很可能受到周圍環(huán)境因素的干擾而出現(xiàn)程序跑飛、死機(jī)等問題，從而影響了空調(diào)溫度測試測控系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性.在實(shí)際工作中，一旦單片機(jī)出現(xiàn)上述問題，工作人員不可能及時(shí)到現(xiàn)場來重啟單片機(jī)，為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，本設(shè)計(jì)將外部看門狗電路添加到單片機(jī)電路中，通過看門狗電路來實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)工作狀態(tài)的定時(shí)查詢，一旦發(fā)現(xiàn)單片機(jī)出現(xiàn)異常現(xiàn)象，則立即進(jìn)行單片機(jī)的延時(shí)重啟，從而保證空調(diào)溫度測試測控系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性.看門狗電路設(shè)計(jì)如圖5所示.

圖5 看門狗電路設(shè)計(jì)圖

2 軟件設(shè)計(jì)

采用模塊化方法進(jìn)行空調(diào)溫度測試測控系統(tǒng)軟件編程，主要包括：（1）主程序：主要功能是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)初始化、計(jì)算采集溫度數(shù)據(jù)；（2）鍵盤掃描及按鍵處理程序：主要功能是識別輸入按鍵并進(jìn)行相關(guān)處理；（3）溫度測試程序：主要功能是處理溫度芯片傳送的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷和數(shù)據(jù)顯示[4]；（4）數(shù)碼管顯示程序：主要功能為數(shù)碼顯示送數(shù)；（5）控制程序：實(shí)現(xiàn)循環(huán)顯示，并根據(jù)溫度測試結(jié)果來進(jìn)行空調(diào)控制.空調(diào)溫度測試測控系統(tǒng)軟件程序流程如圖6所示.

圖6 空調(diào)溫度測試測控系統(tǒng)軟件程序流程圖

3 結(jié)論

綜上所述，本文以AT89C51單片機(jī)為基礎(chǔ)，結(jié)合DS18B20溫度芯片，設(shè)計(jì)了空調(diào)溫度測試測控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對空調(diào)溫度的多點(diǎn)檢測功能和測試功能.本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)相對簡單，實(shí)現(xiàn)信號數(shù)字化傳遞，有著抗干擾能力強(qiáng)、功耗低等眾多優(yōu)點(diǎn).本系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)與擴(kuò)展接口芯片的連接，從而實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展，能夠進(jìn)行空調(diào)更多路溫度的測量和控制，在家用空調(diào)溫度測控和工業(yè)生產(chǎn)用空調(diào)溫度測控中都有著良好的應(yīng)用效果.

〔1〕王紅玲,白政民.基于AT89C51的多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2010（09）:126-128.

〔2〕連思斌,鄭振耀.基于DSP的空調(diào)綜合測控系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2011（06）:11-12.

〔3〕周先輝,毛翠麗,王長河.基于STC12C5A與PC串口通信的溫度測控系統(tǒng)開發(fā)[J].南陽理工學(xué)院學(xué)報(bào),2012（04）:52-56.

TP273

A

1673-260X（2017）04-0030-02

2017-02-29