基于51单片机的温度测控系统

马宁 靳娜娜 李运镇

摘要：本文以AT89C51单片机为核心，通过proteus仿真软件设计了温度测控系统，比较详细地设计出了温度测控系统的硬件电路。包括LM35温度传感器构成温度测量电路、LM016L温度显示、温度控制及高低温度电机启动等主要电路。

引言：

温度测量及控制如今在更多的生产领域发挥着重要的作用，精确的温度测量，温度显示及控制都是极其重要^[1]。本文以AT89C51单片机为核心，设计的温度测量系统不仅能在低成本的条件下达到高标准的要求，而且通用性强，略加修改就能实现多种功能。本文设计系统的温度传感器采用LM35，将温度信号转换成电压信号，电压信号通过ADC0808模数转换器转换成数字信号，数字信号经单片机传递到LM016L显示温度。将检测温度超过给定的温度范围时（温度范围可由实际情况修改），启动报警装置，本文选择用电机来模拟真实情况。以上设计均由proteus仿真软件来实现。采用51单片机设计电路不仅设计简单，控制方便而且精度也能达到要求，大大降低生产成本，在实际应用中有较强的实用性。

一、设计思路

1.温度检测与控制系统总体设计

温度测量与控制系统基本功能要能够完成温度的实时测量与显示，在温度高于设定高温要启动电机进行散热操作。根据功能设定要求，温度检测与控制系统总体设计如图1所示。本系统分四大部分：一、温度检测部分;二、A/D转换部分;三、单片机系统;四、控制显示部分。其基本工作原理：利用温度传感器LM35将测量到的温度信号转换成电压信号输出到信号放大电路，与温度值对应的电压信号经放大后输出至A/D转换部分，通过ADC0808将模拟的电压值转变为数字量，进而传递到单片机的ROM中进行保存。最后进入控制显示部分，单片机将转换后的数值传递给LM016L进行结果显示，同时单片机内部根据设定好的软件程序来判断是否在温度设定的范围中，是否需要启动电机，电机之前需加入光耦隔离装置。

2.温度检测电路

温度检测电路主要由温度传感器LM35来实现，LM35温度传感器工作精度很高，且有较宽的线性工作范围，因此适用性强，适用范围较广。其输出电压与摄氏温标呈线性关系，转换公式如式1。LM35温度传感器有单电源和正负双电源两种电源供应方式，其接法如图1所示。正负双电源的供电模式可提供负温度的测量，单电源模式只能测正温，但单电源模式比双电源模式节能^[2]。一般实际生产中需要负温度的测量较少，因此本系统采用单电源供电模式。

VOUT LM35（T）= 10 mV /℃ × T℃

公式1

3.温度转换电路

ADC0808芯片有28条引脚。各引脚功能如下：1～5引脚和26～28引脚（IN0～IN7）：8路模拟量输入端，输入需要选择通道，通道选择表见表1，本文只需要选用一个通道;8、14、15和17～21引脚：接单片机数据口，8位数字量输出端;22（ALE）：控制转换的结果输入，高电平有效允许输出;6（START）：启动工作信号，输入一个正脉冲，脉冲时间要大于100ns，否则根据ADC0808的内部时序的设定，复位与启动A/D转换操作太快，以致不能响应指令。其中脉冲上升沿使0808复位，下降沿启动A/D转换，ALE引脚与STRAT引脚可以连接到一起，一起控制ADC0808工作;7（EOC）：A/D转换结束信号，因当A/D转换结束时，此端输出一个高电平，转换期间一直为低电平，所以在软件编程时注意，不能直接给EOC引脚高电平，会造成此引脚的状态不稳定，输出的高电平可以作为判断是否转换成功的标志，在软件编程时用到;9（OE）：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量，与EOC端的不同是此状态量的变化不是给单片机而是给该器件内部;10（CLK）：给ADC0808工作时钟频率，要求不高于640KHZ。本系统的时钟频率由外部电源clock供给;12和16：12引脚接正极，16引脚接负极;11（Vcc）：正极;13（GND）：地;23～25（ADDA、ADDB、ADDC）：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路^[3]。本文只需要用到通道IN0，将ADDA，ADDB，ADDC接地即可。输出端需注意：QUT8为最低位QUT 1为最高位，本系统的QUT 8- QUT 1分别接单片机的P1.0到P1.7。

4.单片机系统

单片机选用AT89C51，是整个设计系统的核心，承包对A/D转换电路的控制、对转换后的数字量的处理以及对显示模块的控制等主要功能。AT89C51的晶振选择11.0592MHz。LM35输出端接ADC0808的IN0，ADC0808的START接单片机的P2.3，EOC接P2.4，OE接P2.5，ALE接P2.7。ADC0808的8位数字输出接单片机P1口，注意反接。单片机的输出端P0口接LM016L输入，此处需要接上拉电阻，若使用单片机P1口则不需要加上拉电阻。

5.控制显示电路

液晶显示在生产生活中普遍被大家采用，成为很多电子产品的显示装置的首选。在本系统中显示装置采用液晶显示，液晶显示与LED显示相比有以下两个优点：1.接口简单：液晶显示器与单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。2.液晶显示器画质稳定且不会闪烁：液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而LED则是借助人眼的余晖效应需要软件编程来不断刷新新亮点。综合上述再结合实际生产情况，本系统设计采用的液晶显示而非实验室常用的LED[4]。本文采用的LM0161的引脚功能见下：VSS：接地;VCC：接电源正极;VEE：--可以悬空不接;RS：为高电平时数据线上为数据信号，为低电平时数据线上为指令信号;RW：读写引脚，高电平为读数据模式，低电平为写数据模式;E：使能信号端，相当于芯片工作的总开关，高电平有效。DB0-DB7：数据输入输出。LM0161具体读出数据和寫入数据的原理详见参阅资料。

在检测温度超过给定温度范围之后，本文采用电机模拟实际生产生活情况，即启动电机。电机启动前要加光耦隔离装置，光耦隔离装置采用OPTOCOUPLER-NPN。OPTOCOUPLER-NPN装置的6，7引脚给高电平后，3引脚给低电平，6引脚接电机，电机后接电源即可启动电机，若3引脚给高电平，则电机不工作。

二、设计总体仿真电路图

三.总结

本文采用的LM35温度传感器没有用到放大电路部分，在超出一定的测量范围后测量的精度会有些下降，如果需要更加精确的测量则在LM35的输出端加一个放大器，结果会更优。在控制部分的电机启动并不是唯一的动作，在此文章的基础上能做更多的东西，实际应用中，根据需求略加修改即可。

参考文献

[1]樊战亭.基于单片机的温度测量和控制系统设计[J].电子世界，2018（20）：130-131.

[2]高美珍.LM35系列精密温度传感器的原理与应用[J].仪器仪表用户，2005（01）：114.

[3]杨毅，敖天勇，成强.8通道8位模/数转换器ADC0808/0809原理及应用[J].内江科技，2007（11）：132.

[4]李东勋，沈文浩，陈小泉.基于Proteus的液晶模块仿真[J].微计算机信息，2009，25（13）：211-213.

（作者单位：河北农业大学信息科学与技术学院）