基于单片机的温控系统设计田媛

田媛李冬梅于斌向冰蒋力力

摘要：随着社会经济的快速发展，工业也获得了较快的发展。温度作为自然界的最基本的物理常量，与人们的生产、生活存在着密不可分的联系，因此，应加强对温度的时刻监控。基于此，智能温控理论应运而生。将单片机应用于智能温控方面，既具有操控简单、节省成本以及可控性强的特点，同时又能够使产品的质量得到进一步的提高。作为自然界最基本的物理常量，温度与生活间的紧密关系不必赘述，为加强控温而生的智能温控理论也受到研究者的关注，单片机的运用使控温工作变得简单、高效、低耗，下面以设计的单片机测温及继电器控制系统为例进行研究。

关键词：单片机；温度控制；传感器

引言

随着社会经济的快速发展，工业也获得了较快的发展。温度作为自然界的最基本的物理常量，与人们的生产、生活存在着密不可分的联系，因此，应加强对温度的时刻监控。基于此，智能温控理论应运而生。将单片机应用于智能温控方面，既具有操控简单、节省成本以及可控性强的特点，同时又能够使产品的质量得到进一步的提高。文中设计主要是利用温度传感器来获取温度值，然后再利用单片机比较此温度值和键盘键入的温度值，如果后者的温度值大于前者的温度值，系统就会显示加热状态，反之，系统将不显示加热状态。

1发展阶段

现如今的信息技术主要以温控器技术、通信技术以及计算机技术为基础。温控器作为信息技术发展的先进产物，在工农业生产以及科研领域当中应用的越来越广泛，数量也在日益增加。温控器主要经历了三个发展阶段：第一个阶段是模拟与集成温控器；第二个发展阶段是智能数码温度控制器；第三个阶段就是当前的新型温控器，其正由模拟化和集成化向数字化和智能网络化转变。文中的温控系统由下位机和上位机两大部分组成。温度是大自然的基本物理量，与人们的生活息息相关。大到宇宙星空，小到细菌微生物，无处不存在温度。而温度控制在人类的生产生活中处处涉及，随着工业化的发展，温度的时时监测和控制越来越重要，智能温控理论也随着诞生。而采用单片机来实施对温度的智能控制，不仅控制方便、成本低廉、可操作性强等诸多优点，而且可以提高产品质量和输了的指标。20世纪70年代初智能控制系统的相应概念开始提出。1985年8月，电气和电子工程师协会（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，IEEE）在美国召开了世界第一次智能控制学术讨论会，会议决定设立一个智能控制委员。这次会议标志着智能控制领域的正式诞生。20多年过去了，如今智能控制理论得到了极大的发展，并且涌现众多而新颖的控制理论。智能温度控制器于20世纪90年代中期问世，当时控制能力比较单一、精度欠缺。步入21世纪后，智能温控得到了迅猛的发展，而超高的精度、功能的多样、总线的标准化、高稳定的性能等也在不断进行优化。

2系统硬件设计

2.1系统框架

该系统由核心部件AT89C51来处理从温度传感器DS18B20采集的温度通过74SL47译码器显示在数码管上，并由矩阵键盘设置所需的温度，当温度达到预设值时，单片机将控制续电器，停止加热；若未达到预设值将继续加热。系统总体功能如图1所示。

2.2单片机最小系统电路

单片机最小系统即是单片机可以工作时所需的最少组成元件。对52系列单片机来说，最小系统一般应该有：（1）单片机；（2）晶振电路（一个晶振两个电容）；（3）复位电路（一个按键一个电解电容两个电阻）。最小系统如图2所示。

2.3温度采集电路

DS18B20是达拉斯（DALLAS）公司生产的单总线式数字温度传感器。其因微小化的体型、低廉的成本、超小的功耗、超强的抗干扰能力、高精度、样式多等多种特点，应用十分广泛。温度采集电路如图3所示。

DS18B20的初始化过程如下：

1.先将数据线置高电平“1”。

2.延时（延时时间要短）。

3.数据线拉到低电平“0”。

4.再延时（延时范围在480～960us，一般是750us）。

5.数据线拉到高电平“1”。

6.延时等待。

7.将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。

2.4数码管动态显示电路

本系统是采用了LED七段数码动态显示电路来显示温度值，74LS47作为显示电路的驱动。该显示范围在0～99，电路由译码器和数码管两部分组成。显示电路如图4所示。

该系统是由两个两位共阳数码管通过74LS47译码器译码来实现显示功能。而两个两位数码管分别用来显示当前温度和预定温度。

2.5键盘输入电路

该电路是采用外部中断0（P3.2口）控制矩阵键盘的输入请求，采用4×3矩阵键盘扫描技术。当按下“设置（中断请求键）”键时，进入“预设”温度值的设置，可从键盘中自由输入0—9的数字，如果输入错误或更改时可按“清除（*）”键进行删除，如果确定“预设”温度值请按“确定（#）”键，保存设置并退出键盘输入，进入温度控制状态。键盘输入电路如图5所示。

2.6加热控制电路

该电路的主要任务是完成单片机所发出的信号来控制外部设备的加热或暂停加热。默认状态是暂停加热。当P3.6口为高电平时，本电路处于“暂停加热”状态，则D1亮，D2灭；当P3.6口为低电平时，电路处于“加热”状态，则D2亮，D1灭。加热控制电路如图6所示。

3系统软件设计

3.1系统软件设计1

当所有硬件部分准备完成后，就可以打开MedWin3.0单片机集成开发环境，整个系统程序利用C51语言进行编写，程序的编写中也要分模块进行，核心部分是18B20温度传感器程序和测温实验程序，前者主要进行18B20单线温度检测的应用样例程序，后者主要进行读取温度值数码管显示，所有模块程序编写完成后，根据设计要求，将各个小系统整合为一个整体系统。

3.2系统软件设计2

编译完成后进入调试环节，调试中要注意环境、温度和运行条件

等，调试环境在KeiluVision4软件上实验。将源文件建立，新建一个工程，选择89C52芯片，在软件上运行，编译；调试温度条件要求为室温，约为20度左右；调试运行条件要求管理系统灵活，可以引入keiluvision4软件，开发人员需要密切注意调试结果，可使用多台监视器，对整个工程有个全局的把握；整个操作步骤清晰明了，较为简单。

3.3系统软件设计3

除此之外，调试工作结束后，需要对调试结果进行分析，一般分为程序调试分析和电路连接调试分析，前者指的是修改程序之后要对程序进行编译检查，若编译通过，则说明没有语法错误，继续运行，若编译未通过，进行程序检查，寻找失误处进行修改；后者指的是查看液晶显示是否正常，若出现不正常情况则旋转旋钮，检查继电器是否正常工作。当所有部分调试正常，显示无误时，就表明整个基于单片机的测温及温控系统设计完成。

结语

总结全文，测温及温控系统的研究是非常具有价值的，而在其中加入单片机的运用，提高其智能化，具有显著的技术优势。总结实验发现，第一，实验原理为用温度传感器采集温度，然后通过软件进行数模转换，转换为数字，并用液晶显示器显示，设置上下线温度，温度低于下线值关闭继电器，达到上线值打开继电器；第二，1602表示一行显示16个字符，一共可以显示两行；1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，包括阿拉伯数字、英文字母、日文假名等，不同字符具有不同代码；第三，18B20是温度传感器；第四，keiluvision4软件是用来对STC80C52单片机芯片进行开发，应用。keiluvision4软件用18b20部件进行温度的检测，到最后让1602显示屏显示环境测量的温度结果。由实验以及相关研究可发现单片机在实际生产、生活中的应用，利用单片机可以生产一些家用电器的设计，可以应用到智能家居，人工智能方面，未来必将得到更为广阔的应用。

参考文献：

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[2]付久强.基于Arduino平台的智能硬件设计研究[J].包装工程，2016.（10）：76-79.

[3]崔才豪，张玉华，杨树财.利用Arduino控制板的光引导运动小车设计[J].自动化仪表，2016（9）：5-11.