智能温度控制器的设计

刘国祥

（南京华苏科技有限公司，江苏 南京 210012）

智能温度控制器的设计

刘国祥

（南京华苏科技有限公司，江苏 南京 210012）

温度控制器作为一种能有效控制温度的电开关设备正被广泛使用。然而随着科技的发展，传统的温度控制器暴露出测温精度低、分辨率弱、抗干扰能力弱、能耗高以及缺乏智能化等诸多不足，已经达不到有效控制温度的目的。设计一种新型的符合需求的智能温度控制器是很有必要的。文章主要介绍利用单总线数字温度传感器DS18B20的一种智能温度控制器的设计。该智能温度控制器以ATMEL公司AT89C52为控制器操作，结构简单、测温准确。本系统由DS18B20完成对环境温度信号的采集, 并把采集到的信号送给单片机进行处理，完成相应的智能控制，同时将所测得的环境温度在显示电路实时显示。另外还介绍了DS18B20的特性和使用注意问题，给出了该智能温度控制器的原理设计图和关键的程序代码。

DS18B20；AT89C52；温度采集；智能控制

1 温度控制器的介绍与发展

现代信息技术的三大基础是信息采集控制（温度控制器技术）、信息传输（通信技术）和信息处理（计算机技术）。温度控制器属于信息采集技术的前沿产品，尤其是温度控制器被广泛用于工农业、科学和生活等领域，数量逐渐增多。

智能温度控制器改变了传统温度控制器的温度控制模式，更充分地结合了微电子、计算机技术和自动化技术，提高了温度控制器的测温精度和灵敏度，增加了温度控制器的测试功能，标准化并规范化了总线技术，运用到了单片机测温控制系统，大大提高了温度控制器的稳定性和安全性。其能传输与温度相关的数据，可以搭配各种微型控制器，并且能在相同硬件的基础上通过不同的软件来实现相关的控制和测试功能，其高度的智能化和节能功能将会对各领域作出显著的贡献。

温度和人们的生活、生产活动有密切关系，是在工农业生产和科学研究中需要重点关注的参数，所以温度监测在温度测控系统中有着举足轻重的地位。温度控制器采用先进的单总线数字温度传感器完成对环境温度信号的采集，并把采集到的数字信号送给单片机进行处理，实现对环境温度的智能控制功能，同时还能将所测得环境温度在显示电路实时显示。

2 温度控制器的硬件组成

该系统硬件以单片机AT89C52为基础，主要硬件有温度传感器、按键控制电路以及显示器三大部分。温度传感器选用数字传感器DS18B20，键控电路采用3个按键来设置温度的上、下限值，显示电路采用了4位共阴极数码管。

2.1 DS18B20的选取测温原理

2.1.1 DS18B20的选取

一般传统的温度控制器采用模拟传感器测量温度，在设计温度采集系统时，传感器输出的是模拟信号，经过A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，因此增加了系统的设计复杂性并且制造成本较高。以DS18B20为基础的智能温度控制系统采用单总线数字温度传感器，将A/D转换器集成在一个芯片上，直接输出数字信号，可直接送给单片机进行处理。这样使硬件的设计大大简化，而且具有较高的测量精度；并且又是单一总线接口，比较容易组建分布式温度检测系统，实现多点测温。

DS18B20数字温度传感器具有功耗低、体积小、结构简单、不需要外接其他元器件、可以自由设定温度上下线预警值等特点，功能特性如下：（1）数字温度传感器可测量温度范围为-60～130 ℃，在-15～90 ℃范围内，精度为1 ℃。（2）单一总线接口。（3）可定义温度报警设置。（4）可用低压（3.0～5.0 V）的USB供电。

2.1.2 DS18B20的测温原理

DS18B20的测温原理如图1所示。低温系数受温度变化的影响较小，高温系数晶振随温度变化较大，当计数器开始计数时，DS18B20就对低温振荡器产生的脉冲信号计数，从而完成环境温度的测量。温度计数器的计数值由高温系数振荡器决定，每次系统工作前，首先将温度寄存器和减法计数器初始化，减法计数器和温度寄存器被预置在-60 ℃所对应的一个基础值。减法计数器对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器的预置将重新被装入，减法计数器重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。

2.2 键控电路及相关接口的设计

2.2.1 键控电路设计

该智能温度控制系统设计按键有3个，为了有效地消除因键盘抖动所造成的误操作，3个按键接有上拉电阻并直接与单片机连接。3个按键用于设置和调节环境温度的最高温度/最低温度值。

图1 DS18B20的内部测温电路

2.2.2 显示器与接口电路

该智能温度控制系统采用8位共阴极LED管，实时显示检测的环境温度值和最高温度、最低温度设定值。LED数码管由单片机直接驱动，但是由于单片机P0引脚不具备数据保持的能力，为解决这个难题，必须接额定电阻值的上拉电阻。蜂鸣器为报警器件，当温度超过系统设定的最高/最低温度时，蜂鸣器报警。

3 本系统的总体设计及基本原理介绍

3.1 本系统的设计原理

本系统的设计原理，如图2所示。

3.2 智能温度控制器的基本原理

温度控制器是一种能有效控制温度的电开关设备。本智能温度控制器采用了能直接输出数字信号的DS18B20温度传感器，并运用了功能强大的AT89C52单片机。当系统中的数字温度传感器采集到温度信号，并将数字信号传送到单片机中，单片机经过分析处理，再将所测温度值的数字信号实时显示在显示器上，同时系统会根据所设置环境温度的上下限值进行判断处理，当温度大于所设的最高温度时，温控系统启动风扇降温；当温度小于所设的最低温度时，温控系统就会启动加热装置。

图2 温度控制器设计原理

智能温度控制器实现的方案如图3所示。

3.3 智能温度控制器主要功能

该智能温度控制系统是以DS18B20与AT89C52单片机为基础设计的温度监测与控制系统，在单片机的控制下对温度数据的采集和处理，实现温度的测量、控制与显示。

图3 智能温度控制器的原理

智能温度控制器还可以适用于其他微型控制器，并且可以在硬件不变的基础上通过软件来实现其他测试和控制功能，同时还具有多种工作模式可供选择。跟传统的模拟温度控制器比，除了都能有效控制温度外，分辨率和精度高以及高智能化都是其特殊的一面。其能够实时显示环境温度，并有报警及语音报温功能。

4 系统软件设计

智能温度控制器的软件系统包括：DS18B20的读写程序、温度值的显示程序、温度传感器DS18B20的初始化程序、按键控制电路的程序。

5 结语

本设计介绍的智能温度控制系统，充分利用单片机强大的特性，对DS18B20 采集的温度信号进行实时显示与智能控制。从本系统实用性来看，具有较高的稳定性、较高的抗干扰性能以及快速的温度采集等特点，且造价低廉，元器件取材方便，电路设计简单，具有很强的实用性。

Design of intelligent temperature controller

Liu Guoxiang
（Nanjing Howso Technology Co., Ltd., Nanjing 210012, China）

The temperature controller as a electrical switching equipment which can effectively control the temperature, is being widely used. However, with the development of science and technology, the traditional temperature controller has shown a low temperature measurement accuracy, weak resolution, weak anti-interference capability, high energy consumption and the lack of intelligent, and so many inadequacies that it has failed to control the temperature effectively. It is of practical signi fi cance to design a new intelligent temperature controller that meets the requirement. This paper describes design of a new intelligent temperature controller using digital temperature sensors DS18B20. The intelligent temperature controller is operated by AT89C52 of ATMEL corporation, whose structure is simple and temperature measurement is accurate, temperature measurement accuracy. And this system completes the collection of environmental temperature signals by DS18B20, and sends the signals collected to the SCM to process, and complete related intelligent control, meanwhile, the measured ambient temperature is displayed in real-time in the display circuit. In addition, the characteristics of DS18B20 and the use of attention problems are introduced, the principle design graph and key program code are given.

DS18B20; AT89C52; temperature acquisition; intelligent control

刘国祥（1985— ），男，江苏盐城人。