基于单片机的测温及温控系统的设计与研究

哈尔滨理工大学 周登山

基于单片机的测温及温控系统的设计与研究

哈尔滨理工大学 周登山

数字温度传感器和单片机连接可构成温度检测与温度控制系统，实现对温度的测量和设计，本文通过综述实验说明基于单片机的测温及温控系统的原理和设计，讲解其运行过程，并以设计实例进行举例。

单片机；测温及温控系统；继电器

社会经济与工业的飞速发展使得测温及温控系统不断更新，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。

1.系统硬件设计

1.1 设计总体结构

本设计以STC89C52单片机芯片为核心，附加温度传感器DS18B20、LED1602显示屏，对温度进行实时监测与显示[1]，其结构设计方框图如下图1所示。整个系统包含三部分，即温度采集部分，显示部分，控制部分，单片机进行控制的部分可在低电压条件下完成供电工作，且体积较小；显示部分采用LCD数码管实时显示温度参数；温度采集部分采用18B20型号温度传感器，作为由美国新研发改进智能温度传感器，其特点在于可直接独处被测温，迅速准确的采集和转换温度信号。

图1 单片机测温及继电器控制系统结构设计方框图

1.2 单片机主控模块

单片机是整个智能温度控制系统的关键部分，可起到采集环境温度信息，设置温度范围，温度显示和报警的作用，其选择对整个设计而言至关重要。以文中设计为例，选择了STC89C52单片机作为核心，这是一种低功耗、高性能微控制器[2]，其中含有8K存储器，可于系统中编程Flash，可用于嵌入式控制应用系统中，进而灵活提供有效的解决方案。

1.3 DS18B20温度测量元件模块

此系统以智能温度传感器DS18B20为温度测量元件，采用多个传感器对多点温度进行检测，通过键盘对温度进行上下限设置，超过温度值就通过单片机连接的蜂鸣器进行报警预告，快速的完成了测温工作。

DS18B20是数字化温度传感器，其特点在于可以在强烈的干扰条件下完成高精度的测量工作，且价格低廉，体积较小，布线简单，一线总线的方式使得仅仅利用一根数据线就可进行双向数据传输。其测量温度范围较广，在-55-+135℃之间，测量分辨率达到0.0625℃，可根据用户的需求选择9-12位的分辨率和报警温度，哪怕出现掉电情况，相关的数据也会保留[3]。

1.4 LCD1602液晶显示模块

LCD1602液晶显示模块，就是点阵字符式液晶模块，其中涵盖了可显示的字符点阵图像库，储存了大量的字符、数字、字母、标点符号等，据统计有192种，显示时可达两行，每行包括5*7的点阵字符16个。此液晶显示模块带有背光光源，具有并行接口，因此在连接时可将其与单片机I/O口相连，连接时需按照安装标准上次序进行，引脚与单片机口相对应，组装正确后才可连接电源。

1.5 其他元器件和模块

本研究设计中使用了i51实验板，i51实验板由外接5V电源、USB转串口芯片、1602液晶接口、4位共阳数码管、红外接收器、温度感应入口、3色LED、CH340等部件构成。输入模块选用了4*4行列式按键，主要目的在于报警温度范围的设定，囊括了数字键、上下限和返回等功能设置。蜂鸣器报警模块使用了三极管驱动蜂鸣器，与单片机上的P2.3相连接，一旦温度表现为限定值以外，就可进行报警。升温设备则以LED灯进行模拟，与单片机上的P2.5相连接，灯亮则意味着工作进行。降温设备则以L298驱动直流电机进行转动，与单片机上的P2.4和P2.5相连接，进行降温。

2.系统软件设计

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。

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keil uvision4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。

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。

3.总结

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，keil uvision4软件是用来对STC80C52单片机芯片进行开发，应用。keil uvision4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。

[1]白林峰,曲培新,左现刚主编．单片机开发入门与典型设计实例[M]．北京:机械工业出版社．

[2]李全利主编．单片机原理及接口技术[M]．北京:高等教育出版社．

[3]LCASO A N,MARQUES CARDOSO A J．Remedial Operating Strategies for A 12-Pulse LCI Drive System [J]．IEEE Transactions on Industrial Electronics,2008,55(5):2133-2139．