智能溫度控制系統(tǒng)研究

謝國(guó)坤 賈亞娟 鄭凱

【摘 要】智能溫度控制系統(tǒng)采用現(xiàn)在流行的STC89C52單片機(jī)，配以DS18B20數(shù)字溫度傳感器，該溫度傳感器可自行設(shè)置溫度上下限。單片機(jī)將檢測(cè)到的溫度信號(hào)與輸入的溫度上、下限進(jìn)行比較，由此作出判斷是否啟動(dòng)繼電器以開啟設(shè)備。該溫度控制系統(tǒng)采用單片機(jī)進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、簡(jiǎn)單、靈活等特點(diǎn)，而且還可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，智能化溫度控制技術(shù)正被廣泛地采用。該設(shè)計(jì)已應(yīng)用于花房，可對(duì)花房溫度進(jìn)行智能監(jiān)控。

【關(guān)鍵詞】溫度控制；STC89C52；DS18B20

【中圖分類號(hào)】 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2018）05-0103-02

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展與科技的進(jìn)步，以及測(cè)溫儀器在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，智能化已是現(xiàn)代溫度控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。特別是近年來(lái)，溫度控制系統(tǒng)[1]已應(yīng)用到人們生活的各個(gè)方面，但溫度控制一直是一個(gè)未開發(fā)的領(lǐng)域，卻又是與人們息息相關(guān)的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題。針對(duì)這種實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實(shí)際意義。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

在花房的溫度控制系統(tǒng)中，溫度檢測(cè)部分采用了DS18B20芯片[2]，其硬件電路比較簡(jiǎn)單，其接口電路如圖1所示。

DS18B20溫度傳感器只有3個(gè)引腳，其中第一引腳為電源GND，第二引腳為數(shù)據(jù)傳輸引腳，為了增強(qiáng)DS18B20的輸出能力，在此引腳上加了一個(gè)10 K的上拉電阻，如圖1中R2所示，第三引腳為電源VCC，只需要連接電源正極即可。

1.2 繼電器控制電路設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)中，由于風(fēng)扇需要的電流比較高，如果風(fēng)扇與單片機(jī)共用一個(gè)電源時(shí)，當(dāng)水泵工作時(shí)會(huì)將整個(gè)電壓拉低，導(dǎo)致單片機(jī)及其他用電芯片不能正常工作，最終導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)作。因此在本系統(tǒng)中，采用了繼電器[3]作為控制抽水泵的控制電路，其電路連接圖如圖2所示。

圖2中除了繼電器和風(fēng)扇以外，還有4個(gè)元件，分別為2個(gè)電阻1個(gè)LED和1個(gè)三極管，其中三極管采用了一個(gè)型號(hào)為9012的PNP三極管，其起到信號(hào)放大的作用。從圖2中可以看出，當(dāng)有電流從繼電器中流過(guò)時(shí)，繼電器就會(huì)吸合，使風(fēng)扇通電開始工作，但是由于單片機(jī)的IO口驅(qū)動(dòng)能力不足，不能直接控制繼電器，因此增加了一個(gè)三極管，單片機(jī)只需要控制三極管的導(dǎo)通，當(dāng)三極管導(dǎo)通時(shí)，電流從正極經(jīng)過(guò)繼電器流向負(fù)極，繼電器吸合。當(dāng)然，控制三極管導(dǎo)通的電流非常小，比直接控制繼電器小很多，單片機(jī)的IO口足夠驅(qū)動(dòng)起來(lái)。LEDD1為指示燈，當(dāng)繼電器閉合的同時(shí)，LED也會(huì)亮。R3和R4均為限流分壓電阻，由于LED的額定電壓為2 V，而從三極管導(dǎo)通過(guò)來(lái)的是5 V電壓，因此需要加一個(gè)1 K電阻與LED燈串聯(lián)在一起，起分壓的作用，即1 K電阻上面有3 V電壓，LED兩端有2 V電壓，這樣LED燈就不會(huì)因電壓過(guò)高而燒壞。三極管基極與單片機(jī)P2.0相連，因此需要抽水泵工作時(shí)，只需要控制P2.4為低電平即可。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

一個(gè)智能化的電路系統(tǒng)要完美執(zhí)行各項(xiàng)功能，除了要有硬件結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)之外，還需要有與其配套的驅(qū)動(dòng)程序，特別是在微電子技術(shù)飛快發(fā)展的現(xiàn)代，硬件的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)和全面化接口，使很多系統(tǒng)只需要更改軟件驅(qū)動(dòng)程序就可以實(shí)現(xiàn)各種不同的功能，因此軟件編程技術(shù)變得越來(lái)越重要。在花房溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，也是由于軟件驅(qū)動(dòng)程序的存在，再配合硬件電路，才能使系統(tǒng)完成溫度的檢測(cè)并對(duì)其進(jìn)行控制。

2.1 讀出溫度子程序設(shè)計(jì)

在花房溫度控制系統(tǒng)中，采用DS18B20傳感器進(jìn)行溫度的檢測(cè)。在溫度檢測(cè)中，讀取溫度子程序是必不可少的。溫度的讀取主要是對(duì)DS18B20的RAM中字節(jié)的讀取，在DS18B20的RAM中有9個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)了溫度信息，只要對(duì)這幾個(gè)字節(jié)進(jìn)行讀取，最后再經(jīng)過(guò)CRC校驗(yàn)，就可以將溫度值讀出。在對(duì)DS18B20內(nèi)部數(shù)據(jù)讀取時(shí)是非常嚴(yán)格的，在時(shí)序方面要嚴(yán)格按照DS18B20的時(shí)序表進(jìn)行。首先將DS18B20復(fù)位，為讀取溫度做好準(zhǔn)備。由于該設(shè)計(jì)只用了一個(gè)DS18B20溫度傳感器，因此不需要對(duì)ROM序列號(hào)進(jìn)行匹配。然后向溫度傳感器輸入開始讀取溫度的命令，DS18B20接受到命令之后，開始向單片機(jī)傳送帶有溫度信息的字節(jié)，其中傳輸方式為由高位到地位，總共有12個(gè)字節(jié)，其中整數(shù)部分有7個(gè)，小數(shù)部分有4個(gè)。最后單片機(jī)再對(duì)這些數(shù)據(jù)整合處理，并將溫度以字符串的方式顯示在液晶屏上。其溫度讀取子程序流程圖如圖3所示。

2.2 溫度控制子程序設(shè)計(jì)

在花房溫度控制系統(tǒng)中，溫度的控制是采用兩個(gè)繼電器對(duì)溫度進(jìn)行加熱和降溫。實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前的溫度值，當(dāng)溫度值大于之前設(shè)置的溫度報(bào)警上限值時(shí)，將驅(qū)動(dòng)控制風(fēng)扇的繼電器導(dǎo)通，使風(fēng)扇開始轉(zhuǎn)動(dòng)；反之，當(dāng)溫度值不大于之前設(shè)置的溫度報(bào)警上限值時(shí)，將驅(qū)動(dòng)控制風(fēng)扇的繼電器斷開，使風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)。同理，當(dāng)溫度值小于之前設(shè)置的溫度報(bào)警下限值時(shí)，將驅(qū)動(dòng)控制加熱片的繼電器導(dǎo)通，使加熱片開始加熱；反之，當(dāng)溫度值不小于之前設(shè)置的溫度報(bào)警下限值時(shí)，將驅(qū)動(dòng)控制風(fēng)扇的繼電器斷開，使加熱片停止加熱。溫度控制子程序流程圖如圖4所示。

3 結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)可以通過(guò)采集環(huán)境溫度并反饋給單片機(jī)，使用起來(lái)相當(dāng)方便，具有精度高、靈敏度高、便于觀察、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，適合于當(dāng)做條文處理模塊嵌入其他系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴(kuò)展。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，適合在自動(dòng)控制的環(huán)境下進(jìn)行溫度控制，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]陳彥霖.基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（2）.

[2]王安敏.基于SD5020溫度傳感器的數(shù)字溫度計(jì)[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2018（2）.

[3]葉雪榮.航天繼電器貯存過(guò)程吸合時(shí)間退化機(jī)理研究[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2017（6）.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]