基于单片机恒温室内控制系统设计

何恒+吴刚+喻彪

摘要：蔬菜温室大棚是基于日光温室效应发展壮大的。在蔬菜生长发育过程中，环境因素至关重要，以温度最为敏感，是温室中重要的被测、被控参数。每一种蔬菜都有温度的“三基点”，即最低温度、最适温度和最高温度。它通过影响作物的光合作用、呼吸作用和细胞分裂与伸长等来影响作物的生长，同时温度的变化能引起作物生存环境中其他因子（如湿度等）的变化。

关键词：DS18B20、STC89C52、恒温控制，智能控制，单片机

0.引言

自上个世纪七八十年代以来，工业迅速发展，对工业控制技术的要求不断提高，特别是在集成电路技术和计算机技术的迅猛发展，以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外恒温控制系统发展迅速，并趋于智能化，自适应参数的自整定等方面取得了很大的科技成果。虽然温控系统在国内各行各业的应用已经很广泛，但从国内生产的温控器和技术来看，整体发展水平还不高，与日本，美国，德国，其他发达国家仍然有很大的差距。

1.系统总体设计

本设计采用由STC89C52单片机最小系统、DS18B20温度传感器、4位共阳数码管显示、电源模块、继电器控制模块和按键模块组成。单片机实时通过温度传感器DS18B20实时检测水温温度，通过单片机的数据转换处理后在数码管上显示水温，当测量水温小于设置的下限温度时，单片机驱动继电器控制热得快对水加热，一直加热到设置的温度上限值时停止加热。当水温高于上限值时，单片机驱动降温继电器降温，一直降温到小于设置温度的下限值时停止降温。总体结构设计框图如下图所示：

2.系统硬件设计

2.1 主控制模块

主控制系统电路如图2-1所示。微控制器的最小系统包括单个芯片，复位电路和时钟电路。

STC89C52单片机工作电压范围：4V-5.5V，所以通常要对单片机5V外部直流电源供电。连接微控制器在40针VCC然后正5V，然后20脚VSS接地。

图2-1 整体机构框图

2.2 显示模块电路

恒温水箱采用四位数码管显示，当位选打开时，送入相应的段码，则相应的数码管打开，关掉位选，打开另一个位選，送入相应的段码，则数码管打开，而每次打开关掉相应的位选时，时间间隔低于20ms，从人类视觉的角度上看，就仿佛是全部数码管同时显示的一样。显示电路如图2-2：

2.3 温度传感器（DS18B20）电路

温度采集电路如图2-3所示，DS18B20的数据脚和电源之间加了一个4.7K的上拉电阻，以保证数据的稳定。

2.4 继电器加热控制电路

加热控制电路和降温控制电路都采用PNP型S8550三极管驱动，当单片机的P2^5口输出低电平时，三极管饱和导通，继电器线圈得电吸合，控制热得快加热，同时发光二极管导通指示加热。当单片机P2^5口输出高电平时，三极管截止，继电器线圈断电，热得快停止加热，发光二极管熄灭提示加热停止。电路图如图2-4所示：

3.系统软件设计

主程序的主要功能是实时监控温度，读取和处理测量的DS18B20的当前温度，每1秒进行一次温度测量。这可以在第二个测量温度内测量，主程序的主要功能是负责实时显示的温度，读取并处理当前温度DS18B20，与设定的报警温度相比，通过调用读温度子程序把存入内存储中的整数部分与小数部分开分存放在不的的两单元中，然后通过调用显示子程序显示出来。

（1） DS18B20初始化程序流程图

在DS18B20工作之前需要进行初始化，流程图如下：

（2）读温度子程序流程图

读温度子程序的主要功能是从DS18B20中读出温度数据，移入温度暂存器保存。其程序流程图如下：

4.结束语

本系统采用一种新型的可编程温度传感器（DS18B20），不需复杂的信号处理电路和A/D转换电路就能直接与单片机完成数据采集和处理，实现方便、精度高，可根据不同需要用于各种场合。采用单片机实现温度的智能控制不仅具有的优点：操作简单，控制方便，应用广泛，而且可以大幅度地提高被控温度的技术指标，从而大大提高产品的质量。

参考文献：

[1]李文忠，段朝玉 .短距离无线数据通信[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

[2]李艳红，李海华.传感器原理及其应用[M].北京：北京理工大学出版社，2010.

[3]傅扬烈. 单片机原理与应用教程[M].北京：电子工业出版社，2002.

[4]谭浩强.C程序设计[M].北京：清华大学出版社，1999 .

【基金项目】由西北民族大学电气工程学院“双E”项目资助endprint