西安交通大學(xué)城市學(xué)院 王 梅 丁 凰 趙 彩

數(shù)字恒溫溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

西安交通大學(xué)城市學(xué)院 王 梅 丁 凰 趙 彩

本文根據(jù)日常生活及工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)溫度檢測(cè)及控制的需求，設(shè)計(jì)了一種實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)以

C8051F320單片機(jī) DS18B20溫度傳感器 溫度控制

數(shù)字恒溫溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是為保證實(shí)現(xiàn)類似溫室大棚溫度維持在特定溫度的應(yīng)用，對(duì)于低碳排放，節(jié)約能源和環(huán)保有很重要的意義，以保證工作系統(tǒng)在穩(wěn)定的狀態(tài)下工作。本設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)測(cè)量的溫度的點(diǎn)數(shù)為4個(gè)。測(cè)量精度0.1℃測(cè)量，恒溫控制范圍為25℃～80℃。

一、系統(tǒng)分析

1.方案設(shè)計(jì)

圖1 數(shù)字恒溫控制系統(tǒng)方案框

本課題使用了C8051F320單片機(jī)作為控制核心，以智能溫度傳感器DS18B20為溫度測(cè)量元件，采用一個(gè)溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)4×4鍵盤(pán)模塊對(duì)正常溫度進(jìn)行設(shè)置，顯示電路采用 LCD1602模塊，使用ULN2803作為加溫設(shè)備和吹風(fēng)設(shè)備的控制。根據(jù)數(shù)字溫度恒溫控制功能的要求，并結(jié)合對(duì)C51系列單片機(jī)的資源分析，所以采用C8051F320單片機(jī)作為電路系統(tǒng)的控制核心。數(shù)字溫度恒溫控制系統(tǒng)的總體布局如圖1所示。按鍵將設(shè)置好的溫度上限和下限值傳給單片機(jī)，通過(guò)溫度顯示模塊顯示出來(lái)。溫度限制設(shè)置好后，單片機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，溫度傳感器受控現(xiàn)場(chǎng)各點(diǎn)溫度，并通過(guò)一定的數(shù)字算法計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)有效溫度值，如果低于下限溫度，則啟動(dòng)加熱設(shè)備，并發(fā)出報(bào)警；如果高于上限溫度，則啟動(dòng)吹風(fēng)設(shè)備，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。如此循環(huán)反復(fù)以達(dá)到恒溫控制的目的。

2.功能模塊。根據(jù)上面對(duì)工作流程的分析，系統(tǒng)軟件可以分為以下幾個(gè)功能模塊：

（1）鍵盤(pán)模塊：通過(guò)鍵盤(pán)可以設(shè)置工作環(huán)境的上下溫度限值。

（2）LCD顯示模塊：顯示設(shè)置上下限溫度值及當(dāng)前采集溫度。

（3）溫度傳感器：采集溫度（只實(shí)現(xiàn)一個(gè)溫度傳感器作用）。

（4）溫度控制模塊：根據(jù)采集溫度值和運(yùn)算結(jié)果，確定加熱、冷卻或保持。

（5）報(bào)警器：當(dāng)采集的溫度越限時(shí)報(bào)警。

（6）加溫、吹風(fēng)設(shè)備：根據(jù)判斷對(duì)當(dāng)前環(huán)境進(jìn)行加溫、冷卻。

二、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

1.溫度采集電路設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)采集電路如圖2所示，由溫度傳感器DS18B20采集被控對(duì)象的實(shí)時(shí)溫度，提供給P2.5口作為數(shù)據(jù)輸入。本次設(shè)計(jì)中所控的對(duì)象為所處環(huán)境，作為改進(jìn)，我們可以把傳感器與電路板分離，由數(shù)據(jù)線相連進(jìn)行通訊，便于測(cè)量多種對(duì)象。

圖2 單片機(jī)與溫度傳感器DS18B20的連接圖

2.鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)有重新設(shè)定上下限的功能，故需要鍵盤(pán)來(lái)鍵入。我們采用16個(gè)鍵的鍵盤(pán)通過(guò)按下不同的按鍵可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示溫度和刷新溫度限值。

如圖3所示，鍵盤(pán)的硬件線路，P1.0～P1.3這4根口線形成列線，P1.4～P1.7這4根口線形成行線。行列交叉點(diǎn)上安置按鍵，列線還接在4與門(mén)的輸入上，4與門(mén)的輸出接到單片機(jī)的外中斷INT0引腳上。每當(dāng)有一個(gè)鍵按下時(shí)，軟件能識(shí)別。

圖3 4X4鍵盤(pán)硬件電路圖

3. LCD顯示電路。LCD1602與單片機(jī)的連接如圖4所示。

溫度檢測(cè)系統(tǒng)中，C8051F320單片機(jī)的并口P0與LCD1602的8位雙向數(shù)據(jù)線相連接，通過(guò)并口輸入或輸出數(shù)據(jù)或指令，從而實(shí)現(xiàn)溫度顯示功能。

圖4 液晶顯示電路圖

讀狀態(tài)輸入：RS=L，RW=H，E=H寫(xiě)指令輸入：RS=L，RW=L，E=下降沿脈沖，DB0～DB7=指令碼

讀數(shù)據(jù)輸入：RS=H，RW=H，E=H

寫(xiě)數(shù)據(jù)輸入：RS=H，RW=L，E=下降沿脈沖，DB0～DB7=數(shù)據(jù)

把8根數(shù)據(jù)線和P1口連接，把3根控制線和P3.5、P3.6、P3.7連接。給VCC端加上+5V的電壓，GND端接地。VEE端的驅(qū)動(dòng)電壓不要過(guò)大，要調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使VEE在0.7伏以下顯示器才能工作。

4.報(bào)警電路設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用了蜂鳴器報(bào)警系統(tǒng)。對(duì)于采集到的溫度進(jìn)行判斷，如果通道1的溫度高于設(shè)定的溫度，則蜂鳴器以“嘀”一聲報(bào)警，并且驅(qū)動(dòng)吹風(fēng)設(shè)備，對(duì)當(dāng)前環(huán)境進(jìn)行降溫處理；如果是通道2的溫度低于設(shè)定的溫度，則蜂鳴器發(fā)出“嘀嘀”兩聲的聲音報(bào)警，且驅(qū)動(dòng)加熱設(shè)備，對(duì)當(dāng)前環(huán)境進(jìn)行升溫處理，驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示。

ISSN2095-6711/Z01-2015-10-0261

C8051F320單片機(jī)為控制核心，利用DS18B20溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)繼電器控制加熱及吹風(fēng)設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制。另外，該系統(tǒng)還具有良好的人機(jī)交互界面，檢測(cè)的實(shí)時(shí)溫度可以同步顯示，用戶可以手動(dòng)設(shè)置溫度報(bào)警的上下限值，當(dāng)檢測(cè)溫度越限值時(shí)就會(huì)發(fā)生報(bào)警。