基于51單片機(jī)的溫度測(cè)控系統(tǒng)

馬寧 靳娜娜 李運(yùn)鎮(zhèn)

摘要：本文以AT89C51單片機(jī)為核心，通過(guò)proteus仿真軟件設(shè)計(jì)了溫度測(cè)控系統(tǒng)，比較詳細(xì)地設(shè)計(jì)出了溫度測(cè)控系統(tǒng)的硬件電路。包括LM35溫度傳感器構(gòu)成溫度測(cè)量電路、LM016L溫度顯示、溫度控制及高低溫度電機(jī)啟動(dòng)等主要電路。

引言：

溫度測(cè)量及控制如今在更多的生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，精確的溫度測(cè)量，溫度顯示及控制都是極其重要^[1]。本文以AT89C51單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)的溫度測(cè)量系統(tǒng)不僅能在低成本的條件下達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)的要求，而且通用性強(qiáng)，略加修改就能實(shí)現(xiàn)多種功能。本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的溫度傳感器采用LM35，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，電壓信號(hào)通過(guò)ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)經(jīng)單片機(jī)傳遞到LM016L顯示溫度。將檢測(cè)溫度超過(guò)給定的溫度范圍時(shí)（溫度范圍可由實(shí)際情況修改），啟動(dòng)報(bào)警裝置，本文選擇用電機(jī)來(lái)模擬真實(shí)情況。以上設(shè)計(jì)均由proteus仿真軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用51單片機(jī)設(shè)計(jì)電路不僅設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，控制方便而且精度也能達(dá)到要求，大大降低生產(chǎn)成本，在實(shí)際應(yīng)用中有較強(qiáng)的實(shí)用性。

一、設(shè)計(jì)思路

1.溫度檢測(cè)與控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

溫度測(cè)量與控制系統(tǒng)基本功能要能夠完成溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量與顯示，在溫度高于設(shè)定高溫要啟動(dòng)電機(jī)進(jìn)行散熱操作。根據(jù)功能設(shè)定要求，溫度檢測(cè)與控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示。本系統(tǒng)分四大部分：一、溫度檢測(cè)部分;二、A/D轉(zhuǎn)換部分;三、單片機(jī)系統(tǒng);四、控制顯示部分。其基本工作原理：利用溫度傳感器LM35將測(cè)量到的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出到信號(hào)放大電路，與溫度值對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)經(jīng)放大后輸出至A/D轉(zhuǎn)換部分，通過(guò)ADC0808將模擬的電壓值轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，進(jìn)而傳遞到單片機(jī)的ROM中進(jìn)行保存。最后進(jìn)入控制顯示部分，單片機(jī)將轉(zhuǎn)換后的數(shù)值傳遞給LM016L進(jìn)行結(jié)果顯示，同時(shí)單片機(jī)內(nèi)部根據(jù)設(shè)定好的軟件程序來(lái)判斷是否在溫度設(shè)定的范圍中，是否需要啟動(dòng)電機(jī)，電機(jī)之前需加入光耦隔離裝置。

2.溫度檢測(cè)電路

溫度檢測(cè)電路主要由溫度傳感器LM35來(lái)實(shí)現(xiàn)，LM35溫度傳感器工作精度很高，且有較寬的線性工作范圍，因此適用性強(qiáng)，適用范圍較廣。其輸出電壓與攝氏溫標(biāo)呈線性關(guān)系，轉(zhuǎn)換公式如式1。LM35溫度傳感器有單電源和正負(fù)雙電源兩種電源供應(yīng)方式，其接法如圖1所示。正負(fù)雙電源的供電模式可提供負(fù)溫度的測(cè)量，單電源模式只能測(cè)正溫，但單電源模式比雙電源模式節(jié)能^[2]。一般實(shí)際生產(chǎn)中需要負(fù)溫度的測(cè)量較少，因此本系統(tǒng)采用單電源供電模式。

VOUT LM35（T）= 10 mV /℃ × T℃

公式1

3.溫度轉(zhuǎn)換電路

ADC0808芯片有28條引腳。各引腳功能如下：1～5引腳和26～28引腳（IN0～I(xiàn)N7）：8路模擬量輸入端，輸入需要選擇通道，通道選擇表見(jiàn)表1，本文只需要選用一個(gè)通道;8、14、15和17～21引腳：接單片機(jī)數(shù)據(jù)口，8位數(shù)字量輸出端;22（ALE）：控制轉(zhuǎn)換的結(jié)果輸入，高電平有效允許輸出;6（START）：?jiǎn)?dòng)工作信號(hào)，輸入一個(gè)正脈沖，脈沖時(shí)間要大于100ns，否則根據(jù)ADC0808的內(nèi)部時(shí)序的設(shè)定，復(fù)位與啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換操作太快，以致不能響應(yīng)指令。其中脈沖上升沿使0808復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，ALE引腳與STRAT引腳可以連接到一起，一起控制ADC0808工作;7（EOC）：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，因當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平，轉(zhuǎn)換期間一直為低電平，所以在軟件編程時(shí)注意，不能直接給EOC引腳高電平，會(huì)造成此引腳的狀態(tài)不穩(wěn)定，輸出的高電平可以作為判斷是否轉(zhuǎn)換成功的標(biāo)志，在軟件編程時(shí)用到;9（OE）：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量，與EOC端的不同是此狀態(tài)量的變化不是給單片機(jī)而是給該器件內(nèi)部;10（CLK）：給ADC0808工作時(shí)鐘頻率，要求不高于640KHZ。本系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率由外部電源clock供給;12和16：12引腳接正極，16引腳接負(fù)極;11（Vcc）：正極;13（GND）：地;23～25（ADDA、ADDB、ADDC）：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路^[3]。本文只需要用到通道IN0，將ADDA，ADDB，ADDC接地即可。輸出端需注意：QUT8為最低位QUT 1為最高位，本系統(tǒng)的QUT 8- QUT 1分別接單片機(jī)的P1.0到P1.7。

4.單片機(jī)系統(tǒng)

單片機(jī)選用AT89C51，是整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心，承包對(duì)A/D轉(zhuǎn)換電路的控制、對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量的處理以及對(duì)顯示模塊的控制等主要功能。AT89C51的晶振選擇11.0592MHz。LM35輸出端接ADC0808的IN0，ADC0808的START接單片機(jī)的P2.3，EOC接P2.4，OE接P2.5，ALE接P2.7。ADC0808的8位數(shù)字輸出接單片機(jī)P1口，注意反接。單片機(jī)的輸出端P0口接LM016L輸入，此處需要接上拉電阻，若使用單片機(jī)P1口則不需要加上拉電阻。

5.控制顯示電路

液晶顯示在生產(chǎn)生活中普遍被大家采用，成為很多電子產(chǎn)品的顯示裝置的首選。在本系統(tǒng)中顯示裝置采用液晶顯示，液晶顯示與LED顯示相比有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1.接口簡(jiǎn)單：液晶顯示器與單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。2.液晶顯示器畫質(zhì)穩(wěn)定且不會(huì)閃爍：液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而LED則是借助人眼的余暉效應(yīng)需要軟件編程來(lái)不斷刷新新亮點(diǎn)。綜合上述再結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的液晶顯示而非實(shí)驗(yàn)室常用的LED[4]。本文采用的LM0161的引腳功能見(jiàn)下：VSS：接地;VCC：接電源正極;VEE：--可以懸空不接;RS：為高電平時(shí)數(shù)據(jù)線上為數(shù)據(jù)信號(hào)，為低電平時(shí)數(shù)據(jù)線上為指令信號(hào);RW：讀寫引腳，高電平為讀數(shù)據(jù)模式，低電平為寫數(shù)據(jù)模式;E：使能信號(hào)端，相當(dāng)于芯片工作的總開關(guān)，高電平有效。DB0-DB7：數(shù)據(jù)輸入輸出。LM0161具體讀出數(shù)據(jù)和寫入數(shù)據(jù)的原理詳見(jiàn)參閱資料。

在檢測(cè)溫度超過(guò)給定溫度范圍之后，本文采用電機(jī)模擬實(shí)際生產(chǎn)生活情況，即啟動(dòng)電機(jī)。電機(jī)啟動(dòng)前要加光耦隔離裝置，光耦隔離裝置采用OPTOCOUPLER-NPN。OPTOCOUPLER-NPN裝置的6，7引腳給高電平后，3引腳給低電平，6引腳接電機(jī)，電機(jī)后接電源即可啟動(dòng)電機(jī)，若3引腳給高電平，則電機(jī)不工作。

二、設(shè)計(jì)總體仿真電路圖

三.總結(jié)

本文采用的LM35溫度傳感器沒(méi)有用到放大電路部分，在超出一定的測(cè)量范圍后測(cè)量的精度會(huì)有些下降，如果需要更加精確的測(cè)量則在LM35的輸出端加一個(gè)放大器，結(jié)果會(huì)更優(yōu)。在控制部分的電機(jī)啟動(dòng)并不是唯一的動(dòng)作，在此文章的基礎(chǔ)上能做更多的東西，實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)需求略加修改即可。

參考文獻(xiàn)

[1]樊戰(zhàn)亭.基于單片機(jī)的溫度測(cè)量和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子世界，2018（20）：130-131.

[2]高美珍.LM35系列精密溫度傳感器的原理與應(yīng)用[J].儀器儀表用戶，2005（01）：114.

[3]楊毅，敖天勇，成強(qiáng).8通道8位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0808/0809原理及應(yīng)用[J].內(nèi)江科技，2007（11）：132.

[4]李東勛，沈文浩，陳小泉.基于Proteus的液晶模塊仿真[J].微計(jì)算機(jī)信息，2009，25（13）：211-213.

（作者單位：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院）