基于單片機溫度控制系統(tǒng)

田挺

摘要：隨著電子產(chǎn)品向智能化和微型化的不斷發(fā)展，單片機已成為電子產(chǎn)品研制和開發(fā)中首選的控制器。為了更好地推廣單片機在實際生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用，本文介紹一種應(yīng)用AT89C52單片機設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)。

該環(huán)境溫度系統(tǒng)采用溫度傳感器DS18B20通過I2C總線通信來獲得當(dāng)前溫度，并與從3X4矩陣鍵盤輸入的溫度值進行驗證，系統(tǒng)自動控制升溫或降溫的操作，將溫度穩(wěn)定在所設(shè)定的溫度值。

經(jīng)實際制作表明該環(huán)境溫度控制系統(tǒng)具有體積小、操作靈活、可靠性高、實用、成本低等特點，適合住宅和各類溫室溫度的控制，具有一定的實際意義。

關(guān)鍵詞：單片機；鍵盤；穩(wěn)定溫度；顯示器；溫度控制

1. 系統(tǒng)功能的確定

一個控制系統(tǒng)是否能被大眾所接受，在于該控制系統(tǒng)是否擁有人性化的操作功能。為了使本次設(shè)計的環(huán)境溫度控制系統(tǒng)具有操作簡單、靈活及高可靠性等特點，確定了該系統(tǒng)功能：

3x4矩陣鍵盤輸入。

溫度采集。

溫度顯示。

溫度控制執(zhí)行。

溫度測量范圍為0-99度，溫度有效范圍為2-98度，允許誤差為1度。

2. 人機交互與串口通信

該熱爐溫度控制系統(tǒng)由溫度采集、3x4矩陣鍵盤輸入、溫度顯示、溫度控制執(zhí)行等四大模塊組成。

溫度采集：由溫度傳感器DS18B20完成，并通過串口通信技術(shù)與單片機進行數(shù)據(jù)傳輸，使用單片機P3.7端口。

3x4矩陣鍵盤輸入：采用外部中斷0來判斷是否擁有輸入請求，并通過鍵盤掃描技術(shù)來獲取所輸入的溫度值和偏差溫度值，輸入更靈活、更方便，使用單片機P0口和P3.2端口。

溫度顯示：通過4個7段LED數(shù)碼顯示管顯示當(dāng)前溫度值和設(shè)定的溫度值，及時反應(yīng)當(dāng)前溫度的變化與設(shè)置溫度的關(guān)系，使用單片機P1.0～P1.5端口。

溫度控制執(zhí)行：系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前溫度與設(shè)置的溫度自動進行相應(yīng)的升溫或降溫的操作，在系統(tǒng)自動進行升溫或降溫處理的同時顯示相應(yīng)的指示燈，讓使用者知道系統(tǒng)正在進行的操作，使用單片機P2.2～P2.3端口。

3. 人機交互與串口通信單元設(shè)計

在該系統(tǒng)中，人機交互技術(shù)主要應(yīng)用在恒定溫度與偏差溫度的設(shè)置，以及當(dāng)前溫度與設(shè)置溫度的顯示；串口通信技術(shù)應(yīng)用在對溫度的采集。

（1）鍵盤輸入電路

在本系統(tǒng)中，采用外部中斷0控制鍵盤輸入請求，鍵盤輸入主要采用3x4矩陣鍵盤掃描技術(shù)。當(dāng)按下“設(shè)置/切換”鍵時，進入恒定溫度的設(shè)置，可從鍵盤中自由輸入0—9的數(shù)字，如果輸入錯誤可按“刪除（*）”鍵進行刪除，如果要設(shè)置偏差溫度，再按一下“設(shè)置/切換”鍵，可進入偏差溫度的設(shè)置，按“確定（#）”鍵，保存設(shè)置并退出鍵盤輸入，進入溫度控制狀態(tài)。

（2）LED七段數(shù)碼動態(tài)顯示電路

在本系統(tǒng)中采用了LED七段數(shù)碼動態(tài)顯示電路來顯示溫度值，顯示范圍在0-99之間，該電路由顯示、片選、譯碼三部分組成。

顯示部分：由兩個兩位的LED七段共陰數(shù)碼管構(gòu)成，分別用來顯示當(dāng)前溫度和設(shè)置溫度。

片選部分：由一片2-4譯碼器（74LS139）構(gòu)成，單片機的P1.4和P1.5輸出兩位片選信號到2-4譯碼器的A、B端口，進行譯碼后輸出到LED七段數(shù)碼管的片選端口。

譯碼部分：該電路由LED七段數(shù)碼管顯示譯碼器（4511）來完成，單片機將要顯示的十進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成8421BCD編碼，對應(yīng)的譯碼值再分別送到LED七段數(shù)碼管顯示譯碼器的A、B、C、D引腳進行譯碼，最后輸出到LED七段數(shù)碼管的相引腳。

（3）串口通信電路

為了使測得的溫度更準(zhǔn)確，在本系統(tǒng)中采用了溫度傳感器DS18B20來獲取當(dāng)前溫度，而DS18B20是采用I2C總線進行通信的，單片機使用P3.7端口與DS18B20的數(shù)據(jù)通訊端口相連接，并通過軟件實現(xiàn)P3.7控制DS18B20的讀和寫。

4. 控制執(zhí)行單元設(shè)計

該電路的主要任務(wù)是完成單片機所發(fā)出的升溫或降溫操作，來控制外部的升溫或降溫設(shè)備。電路的GK1和GK2端分別與單片機的P2.2和P2.3端相連接，其工作原理如下：

在通常情況下，GK1和GK2均為低電平，當(dāng)單片機向溫度控制執(zhí)行電路發(fā)送降溫命令時，GK1為高電平，GK2為低電平，使三極管Q1飽和導(dǎo)通，此時使繼電器RL1閉合控制外部的降溫設(shè)備進行工作，同時發(fā)光二極管D9將被點亮，提醒使用者溫度過高正在進行降溫操作。

當(dāng)單片機向溫度控制執(zhí)行電路發(fā)送升溫命令時，GK1為低電平，GK2為高電平，使三極管Q2飽和導(dǎo)通，此時使繼電器RL2閉合控制外部的升溫設(shè)備進行工作，同時發(fā)光二極管D4將被點亮，提醒使用者溫度過低正在進行升溫操作。

5. 軟件設(shè)計

（1）設(shè)計思路

根據(jù)所學(xué)知識，實現(xiàn)本系統(tǒng)的軟件部分將使用匯編語言，要配合硬件部分實現(xiàn)輸入一個需要恒定的溫度值和偏差溫度，與從溫度傳感器所獲取的當(dāng)前實際溫度相比較，并向溫度控制執(zhí)行電路發(fā)出升溫或降溫的命令，在這一過程中將隨時顯示當(dāng)前溫度值和設(shè)置的溫度值。其主要實現(xiàn)的部分包括：鍵盤輸入、溫度采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、動態(tài)顯示、溫度控制等。

（2）溫度采集子程序

溫度采集子程序主要負責(zé)驅(qū)動外部的溫度傳感器DS18B20進行工作，通過串口通信方式向DS18B20寫入ROM命令，并讀取當(dāng)前溫度值，將讀取的數(shù)據(jù)存放在26H-2EH存儲單元，其中26H單元存放溫度值的低位，27H單元存放溫度值的高位。

（3）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序功能是將從溫度采集子程序中采集的十六進制溫度數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成十進制的數(shù)值并存儲在指定的存儲單元內(nèi)。由于該恒溫系統(tǒng)設(shè)計的溫度檢測有效為0-99，所以數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換原理為：將獲取到的十六進制溫度值除以十進制數(shù)10，所得到的商為相應(yīng)十進制數(shù)的十位，并存入31H單元，余數(shù)則為相應(yīng)十進制數(shù)的個位，并存入30H單元。

（4）動態(tài)顯示子程序

在該恒溫系統(tǒng)中使用了兩個兩位的LED七段數(shù)碼管來顯示系統(tǒng)所采集的當(dāng)前溫度值和設(shè)置的溫度值，為了不占用更多的單片機端口，在針對顯示電路的設(shè)計時采用了動態(tài)顯示的方案，而動態(tài)顯示子程序的主要任務(wù)就是控制顯示電路的掃描規(guī)律。

（5）溫度控制執(zhí)行子程序

溫度控制執(zhí)行子程序的任務(wù)是檢測由溫度計測得的當(dāng)前溫度值是否在設(shè)置溫度值的允許范圍內(nèi)，若當(dāng)前溫度大于設(shè)置溫度的允許范圍，表明當(dāng)前溫度過高，立即向溫度控制電路發(fā)出降溫命令（P2.2為高電平，P2.3為低電平）；若當(dāng)前溫度小于設(shè)置溫度的允許范圍，表明當(dāng)前溫度過低，立及向溫度控制電路發(fā)出升溫命令（P2.2為低電平，P2.3為高電平）。

（6）鍵盤輸入中斷服務(wù)子程序

在本系統(tǒng)中鍵盤輸入請求使用INT0（外部中斷0）來實現(xiàn)，INT0采用電平觸發(fā)方式，當(dāng)按下鍵盤中的“設(shè)置/切換”鍵時，INT0（P3.2）端為低電平時，進入鍵盤輸入中斷服務(wù)子程序，此時可以設(shè)置要恒定溫度，“刪除（*）”鍵為刪除鍵，點擊一次可刪除輸入的一位數(shù)據(jù)，在輸入過程中通過P0.7端口判斷每次按鍵后是否釋放，當(dāng)按下“確定（#）”號鍵時，則保存設(shè)置并退出中斷服務(wù)子程序，返回到主程序程序。endprint