摘要：大學(xué)實驗，實踐環(huán)節(jié)中經(jīng)常涉及到應(yīng)用簡單原理和元件設(shè)計功能器件。本文設(shè)計了基于單片機(jī)的智能化溫度測量和控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)Νh(huán)境溫度進(jìn)行實時準(zhǔn)確的監(jiān)測顯示，并可以方便的進(jìn)行人工溫度區(qū)間設(shè)定，當(dāng)溫度低于下限溫度時，系統(tǒng)報警并自動啟動加熱裝置，當(dāng)溫度高于上限溫度時，系統(tǒng)報警并啟動散熱裝置，從而實現(xiàn)溫度的自動調(diào)節(jié)。為了更加環(huán)保和節(jié)能，在設(shè)計中增加了太陽能發(fā)電小系統(tǒng)作為溫控系統(tǒng)的驅(qū)動電源。

關(guān)鍵詞：設(shè)計性實驗，溫度控制，單片機(jī)，溫度傳感器，太陽能發(fā)電

中圖分類號：TM571.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）06（b）-0000-00

1. 設(shè)計思路：

本設(shè)計要求系統(tǒng)能夠?qū)Νh(huán)境溫度進(jìn)行實時準(zhǔn)確的監(jiān)測顯示，并可以方便的進(jìn)行人工溫度區(qū)間設(shè)定，當(dāng)溫度低于下限溫度時，系統(tǒng)報警并自動啟動加熱裝置，當(dāng)溫度高于上限溫度時，系統(tǒng)報警并啟動散熱裝置，從而實現(xiàn)溫度的自動調(diào)節(jié)。鑒于上述要求我們設(shè)計的整個系統(tǒng)如圖1所示，包括：單片機(jī)，溫度傳感器，LCD顯示模塊，溫度調(diào)節(jié)模塊，LED指示燈，按鍵部分及步進(jìn)電機(jī)、太陽能電源。其中溫度調(diào)節(jié)模塊是通過繼電器來控制升溫和降溫模塊。

該系統(tǒng)通過預(yù)先設(shè)置溫度上下限，利用溫度傳感器采集數(shù)據(jù)，用單片機(jī)處理數(shù)據(jù)并把信息通過LCD 屏顯示出來。當(dāng)單片機(jī)探測到的溫度高于設(shè)定溫度上限時啟動報警裝置（蜂鳴器響起，紅色指示燈閃爍），繼電器控制降溫系統(tǒng)開始工作，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度下限時啟動報警裝置（蜂鳴器響起，綠色指示燈閃爍）繼電器控制升溫系統(tǒng)開始工作。

我們倡導(dǎo)使用太陽能等清潔能源，既綠色環(huán)保，又價格低廉，使用方便，還可以緩解人類目前面臨的能源危機(jī)。因而，本設(shè)計中采用太陽能板及蓄電池作為供電源。為了提供高太陽能的利用效率，我們通過步進(jìn)電機(jī)控制太陽能板旋轉(zhuǎn)，使其始終正對太陽。該電源系統(tǒng)可以為溫控系統(tǒng)提供穩(wěn)定的5V直流電源。另外為防止長時間陰雨致使太陽能電源不能正常工作，我們還增加了備用5V開關(guān)電源。

2.元件選取

本系統(tǒng)硬件組成部分如圖1所示，控制部分的核心器件采用AT89S52單片機(jī)；溫度探測采用DS18B20溫度傳感器，其測溫范圍為-55℃～125℃；顯示部分采用LCD1602液晶顯示；溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過5V繼電器來控制升溫和降溫系統(tǒng)，升溫系統(tǒng)采用發(fā)光二級管來模擬，降溫系統(tǒng)采用風(fēng)扇散熱的方式來模擬；報警系統(tǒng)采用聲光提示報警，聲音報警采用蜂鳴器，發(fā)光報警采用紅色和綠色發(fā)光二極管。電源由太陽能發(fā)電小系統(tǒng)，光電控制系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)組成。由于蓄電池的輸出電壓為12V，所以利用7805構(gòu)成直流穩(wěn)壓電源，并采用5V開關(guān)電源作為備用電源。

3.系統(tǒng)設(shè)計

智能化溫度測量和控制系統(tǒng)實現(xiàn)分兩個步驟，軟件設(shè)計和硬件制作。軟件設(shè)計主要完成溫度顯示，溫度設(shè)定，溫度控制升溫和降溫系統(tǒng)工作等任務(wù)。為了便于調(diào)試，系統(tǒng)程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，由一個主程序和若干個子程序組成。設(shè)計步驟為：首先采用C51，以Keil為開發(fā)環(huán)境進(jìn)行程序編寫。其次，編譯通過后利用protues軟件搭建相關(guān)電路，將編寫代碼載入電路進(jìn)行軟件仿真。

仿真調(diào)試結(jié)束后，我們利用protel軟件搭建原理圖，利用熱轉(zhuǎn)印法制作PCB板，焊接相關(guān)的模塊電路，并進(jìn)行調(diào)試，最后將各個模塊進(jìn)行組裝，完成整個溫控系統(tǒng)的制作。

4.本系統(tǒng)特點

（1）測控溫度實時，可靠，便捷；測控范圍較廣（-55℃～125℃）。

（2）利用太陽能為系統(tǒng)供電，節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)。

（3）各個模塊相互獨立，系統(tǒng)可移植性強(qiáng)，并可以不斷擴(kuò)展功能。

（4）整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，功耗低，價格低廉，有利于推廣使用。

5.本系統(tǒng)應(yīng)用

（1）適用于藥物合成反應(yīng)中，藥品儲存（藥品庫房）中對環(huán)境溫度的監(jiān)測與控制。

（2）可用于植物生長（大棚蔬菜）和花卉培育（溫室花房）中對溫度的測控。

（3）可用于食品加工及儲備（冷庫等）中對溫度的測控。

（4）可以用于大學(xué)設(shè)計性實驗教學(xué)，提高學(xué)生動手能力。

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