基于51 单片机智能温控睡袋的设计

吴 帆 刘伟强 牧淑清 毕中澳

（安徽师范大学皖江学院 电子工程系，安徽 芜湖241008）

1 概述

当今社会，户外旅游逐渐成为当代社会时尚的潮流。首先，当人们追求良好的室外体验时，若睡眠不足，对下一步的行程体验会产生很大的不利影响。其次，面对经济增长速度日益快，人们会投入更多的时间和精力来保护自己的身体，尤其是对刚出生婴儿到免疫能力下降的儿童。

另外，对于一线抗震人员来说，日以继日地抗震救灾，使他们只能在抗战中维持1-2 个小时的睡眠，而高质量的睡觉则显得更加重要。面对这种情况，本设计对温控睡袋进行改良以满足不同人群的需要。

一般而言，睡袋的基本需求有两个：首先是人们所能承受的最低温度，其次是人们身体所能感受到的最适温度。经调查发现，市场上许多睡袋的最低极限温度都不能满足设想中的要求，可能在零下5℃达到了人体的极限，而睡袋的最低极限温度也达不到人体的需求。因此，本设计对温控睡袋进行改良时首先要确保用户的生命健康，同时使用户获得更舒适的休闲环境。

2 系统总体设计

本设计系统原理图如图1 所示，将使用DS18B20 温度采集模块采集睡袋中当前的温度，通过温控系统控制温度；并在LCD12864 液晶屏上显示温度。本设计通过外部电源向睡袋输送电能，睡袋的底部材料通过增加一层热丝完成了加热的环节。在睡袋设计过程中设置上下限温度，当温度超过上下限时，继电器将会断开电热丝不会加热确保睡袋内的温度不会太高，使人能够在安全舒适的环境下工作。

图1 系统原理图

2.1 系统硬件设计

温控系统设计主要包括at89c51 单片机、DS18B20 温度采集模块、LCD12864 温度显示模块、温控装置。at89c51 为主控制器，当枕袋内的温度小于设置的下限时，继电器开始启动，电热丝位于线路上，睡袋内温度开始升高，提供热量。当测得的温度大于设定的温度，继电器从导通转为截止状态,加热设备停止加热。系统硬件工作流程图如图2 所示。

图2 硬件工作原理图

2.1.1 温度读取模块

DS18B20 温度传感器包含AD 转换器，其通信线路可以与各种单片机直接进行通信，读取相关温度传感数据，该电路的主要用于从事各种单片机软件应用程序的可编程调试工作。该数字温度计中有9 个温度读数，用来表示器件的温度。信息通过一个单线接口传送到传感器接口或者通过一个传感器的接口传出，所以从中央处理器到DS18B20 只需要连一条线读写和完成温度变化需要的电源可由数据线提供，而不需要外部电源。DS18B20 温度传感器仅有三条外引线：单线数据传输总线端dq、vdd 外供电源和共用地线gnd。其应用领域主要有消费产品、温度计，任何热敏体系或恒温控制。

2.1.2 LCD12864 液晶显示模块

LCD12864 液晶显示器是一种字符型的液晶显示器，它是点阵型的，其形式是m×n 个显示单元，如果lcd 显示器为64行，每一个列有128 列，每8 个列对应一字节，即每行16 个字节，那么总共有64×8=128 个点。在接受指令之前，微处理器首先必须确定该模块的内部是非忙碌的，bf 在读取该模块时必须为0，此时bf 才能接受新指令；如果不检查BF 标志。在发送指令之前，发送该指令和前一个指令之间必须要隔一段时间，即等待前一个指令实际执行完毕才能执行下一个指令。

2.2 系统软件设计

图3 睡袋温控系统仿真图

系统应用软件的设计主要基于kile5 单片机的系统开发软件环境，使用c51 语言来自行编写一个系统应用程序，并对其进行软件翻译和测试排除系统错误，直到不发生系统错误。生成的.hex 文件进行加载同步至51 单片机控制芯片，可以清楚看到对整个温控控制系统的一次仿真测试效果。本设计主要的软件设计方法是自动完成各种温度值的读取、转换、显示和温度比较，本系统采用了一种模块式的软件设计工作理念，包括温度系统初始值优化的子程序、温度自动测量子程序、LCD12864 液晶显示处理子程序的软件设计、键盘和扫描处理子程序、中断延时服务处理子程序的软件设计和中断延时服务子程序等等。

3 仿真调试及测试结果分析

采用keil 对程序进行编译，结合Proteus 软件进行仿真，仿真电路如图3、图4 所示。设置温度为上限温度，当前温度为外界温度，通过按键可以控制温度的大小，当当前温度大于设置温度时，P0.0 口电平会由高电平变为低电平，此时外部加热设备停止加热。

图4 LCD12864 液晶显示模块仿真图

当设定上限温度从11℃上升到35℃时，其测试结果数据如表1 所示。

表1 测量数据结果

测试结果表明，当加热温度上升到设置的上限温度时，p0.0端口会跳变及外部加热设备停止加热。

4 结论

本文结合实际应用，详细介绍了利用C51 单片机设计一款智能温控睡袋。通过仿真不断优化睡袋性能，并使其配置灵活、接口方便，有效的为户外旅游或工作的人提供一个安全且舒适的休息环境。