电暖器中温控器的设计与仿真

贾瑞强，潘存治，许鸣珠

(石家庄铁道大学 机械工程学院，河北 石家庄 050043)

电暖器中温控器的设计与仿真

贾瑞强，潘存治，许鸣珠

(石家庄铁道大学 机械工程学院，河北 石家庄 050043)

设计出一种在电暖器供暖中调节温度的智能温控器。控制器的核心部分是AT89C51单片机，串口时钟芯片提供时间和日期，DS18B20温度传感器作为测温元件检测室内温度，按键复位电路可调节时间日期、设定温度以及进行系统复位。液晶显示屏实时显示时间日期、房间温度和白天夜晚两个设定温度，红色发光二极管用来指示电暖器的开闭状况。通过以上设计，电暖器中的温度控制器能够根据用户设定的温度，分白天和夜晚两个时段控制房间电暖器的开闭，根据环境温度自动调节电暖器大小档开关，实时显示时间日期、房间温度、设定温度和暖气工作状况。满足人们在不同时段对供暖的需求，达到设计的目的。

电暖器；温控器；液晶显示；分时段；大小档

在我们生活中陈旧落后的供暖方法一直占据着主要地位。电采暖适合当前我国对环保、节能的要求，它没有常用供暖形式造成的污染问题，整个系统在供暖中没有飞尘和其他气味[1]。目前市场上存在的电暖器温度控制器功能单一，操作不便，难以满足人们对节能环保的要求。笔者所设计的电暖器中的温度控制器可以实时显示时间日期、室内温度、设定温度以及电暖器开闭情况，并且可以实现分时段大小档控制。用户能够按需求精确地控制各室室温，满足人们在不同时段对供暖的需求，给人一个便捷健康的室内环境，而且又可得到低谷电价带来的实惠，真正做到了人性化，节能环保。

1 设计方案

电暖器的温度控制器在Proteus和Keil软件中仿真设计。核心控制器是AT89C51单片机，它能够根据用户设定的白天和夜晚温度分时段控制继电器的开关，即房间内电暖器的开闭，且可以根据环境温度自动调节电暖器的大小档开关，LCD显示屏用来显示当前时间、房间温度和分时段设定温度，红色发光二极管则用来指示电暖器的开关情况。

设计的系统整体结构如图1所示。由图1可知，系统有六大部分组成：

1)AT89C51单片机，为整个系统的核心部分。

2)串行时钟部分，采用DS1302时钟芯片。

3)温度采集部分，采用DS18B20温度传感器。

4)12864液晶显示屏。

5)继电器电路。

6)按键和复位电路。

2 温度控制器硬件设计

控制器硬件部分分别为单片机、时钟电路、温度采集电路、12864LCD显示电路、继电器电路以及复位和按键电路。整个控制器采用直流+5 V供电。由于房间内温度多点检测需要多个温度传感器，实际布线繁琐，增加成本，综合考虑，在一定的误差允许范围内，系统采用温度传感器单点检测室内温度。

2.1 硬件电路介绍

AT89C51单片机为整个系统的核心控制器，它读取时钟芯片中的时钟信号和温度传感器检测到的温度值，把它们传送给液晶显示屏进行实时显示。单片机通过比较当前时段的温度预设值与检测值，决定是否接通继电器，即是否打开电暖器。整个系统中它处于核心调节的地位。AT89C51单片机是带 4 K 字节FLASH存储器的CMOS 8位微处理器。该器件与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容[2，3]。因此，该芯片被广泛使用。

DS1302时钟芯片为本电路提供精确的时间，采用普通32.768 kHz晶振。DS18B20温度传感器用来检测室内温度，该传感器拥有特殊的单线接口方式，能够将检测到的温度信号转成为数字信号，所以能够直接和单片机相接。本系统的显示部分采用可显示汉字的12864LCD显示屏，用来实时显示时间日期、温度传感器检测到的房间温度和分时段设定温度。电磁继电器用来控制电暖器的开闭。它实际上是用较小的电流、较低的电压去控制较大电流、较高的电压的一种“自动开关”。复位和按键电路是每个系统中必不可少的一部分，复位电路用于单片机的复位，按键电路用来设置时间日期、分时段设定温度。系统采用通常使用的按键电平复位电路，按键电路共有五个按键，分别为时间设置、加、减、确定和温度设定，通过中断处理来实现按键电平的转换。

2.2 系统总体电路图

综合以上设计，仿真中用白炽灯代替电暖器，系统的整体电路图如图2所示。

3 温度控制器软件设计

要用单片机完成一定的控制功能，除了构建相应的硬件电路外，软件编程也占有非常重要的地位。伴随单片机芯片的不断完善，硬件集成化程度渐渐提高，对软件编程也提出了新的挑战。温度控制器采用C语言编程，它的功能是在程序作用下实现的。软件设计与硬件设计相结合，分成多个不同的模块，逐个编程和调试，最后由主程序将各模块拼接到一起[4，5]。由此编程方便软件调试，增加了各个程序的通用性。主程序设计和控制继电器程序流程图如图3、图4所示。

当给系统上电时，首先进行初始化，设定温度的默认值是白天22 ℃，夜晚20 ℃。电路工作时，首先通过按键电路设置时间、日期以及所需要达到的温度值，温度传感器检测室内温度，输出信号给单片机，单片机判断当前时间属于白天和夜晚哪个时段，比较当前时段的预设值与检测值，决定是否接通继电器。

若检测温度低于预设值3 ℃及以上时，则电暖器开大档，即两部分电暖器同时加热；若检测温度低于预设值不足3 ℃时，则电暖器开小档，只有一部分电暖器加热；若检测温度不低于预设值时，电暖器待机，没有暖气加热。

4 温度控制器功能介绍及仿真效果

系统运行时主界面上显示时间日期、室内温度以及两个时段的设定温度。反复按下时钟设置键可分别选中年、月、日、时、分、秒，配合加、减两键进行调整，按下确定键可退出调整。反复按下温度设定键可分别选中白天设定温度、夜晚设定温度，配合加、减两键进行调节，按下确定键可退出调节。显示屏主界面如图5所示。

在仿真中用白炽灯代替电暖器，当白天设定温度为23 ℃，室内检测温度为20 ℃时，电暖气开大档，两部分电暖器同时加热，两个红色发光二极管被点亮，如图6所示；当夜晚设定温度为21 ℃，室内检测温度为19 ℃时，电暖器开小档，只有一部分电暖器加热，第一个红色发光二极管被点亮，如图7所示；当夜晚设定温度为21 ℃，室内检测温度为21 ℃时，电暖器关闭，没有电暖器加热，红色发光二极管均不亮，如图8所示。

5 结论

通过以上所述的设计，电暖器中的温度控制器能够根据用户设定的温度，分白天和夜晚两个时段控制房间电暖器的开闭，根据环境温度自动调节电暖器大小档开关，实时显示时间日期、房间温度、设定温度和暖气工作状况，满足人们在不同时段对供暖的需求，做到了方便便捷，节能环保，达到设计的目的，有一定的实用价值。

[1] 曹冬林.电采暖在我国的发展前景浅析[J].机电信息,2007(25):47-49.

[2] 张英平,张朝阳.孵化场温度控制器的Proteus仿真设计[J].吉林师范大学学报(自然科学版),2010(4):97-99.

[3] 刘颖.节能型供热温度控制器设计[J].电子科技,2013(6):73-76.

[4] 王慧强.基于MCS单片机温度控制系统设计[J].装备制造技术,2010(5):73-74,83.

[5] 高卫东.51单片机原理与实践(C语言版)[M].北京：北京航空航天大学出版社,2011.

Design and Simulation of Temperature Controller in Electric Heater

JIA Rui-qiang, PAN Cun-zhi, XU Ming-zhu

(School of Mechanical Engineering, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang 050043, Hebei, China)

Intelligent temperature controller used to adjust the temperature in electric heater is designed. The core part of the controller is AT89C51 micro-controller. The serial clock chip provides the time and date. DS18B20 temperature sensor as the temperature measuring device detects the indoor temperature. Key and reset circuit can adjust the date and time, set temperature and system reset. LCD displays date and time, the room temperature and set temperature real-timely. The red LED is used to indicate the status of the opening and closing of electric heater. Through the above design, the temperature controller in the heater can control the opening and closing of the room heater according to the temperature set by the user at two periods of day and night. It can automatically adjust the size of the heater according to the ambient temperature and real-time display time and date, room temperature, temperature set and working conditions. It has met people in different periods of heating demand and has achieved the purpose of the design.

electric heater; temperature controller; LCD; different time periods; the size of the file

2016-05-26

贾瑞强(1992-)，男，河北邢台人，在读硕士研究生，主要从事机电系统控制及自动化的研究，邮箱1306687108@qq.com。

TM925

A

1008-9446(2016)06-0045-04