王 斌

(四川建筑職業(yè)技術學院，四川 德陽 618000)

1 各模塊的介紹

1.1 STC89C51單片機

STC89C51RC采用的是8051核的ISP系統(tǒng)可編程芯片，ISP為“In System Programming”的縮寫。工作時最高可擁有80MHz的時鐘頻率，片內包含的Flash只讀程序存儲器為8K Bytes，它可反復擦寫1000次，該單片機既由MCS-51指令系統(tǒng)又有80C51的引腳結構，有通用的8位中央處理器在STC89C51內部集成，并且它還包含ISP Flash存儲單元，可以實現(xiàn)在系統(tǒng)可編程的功能，可以用電腦進行程序的下載，無需購買通用編程器。STC89C51RC系列的單片機是單時鐘/機器周期(1T)的兼容8051 內核單片機，既高速又低耗。

1.2 Pt100溫度傳感器

Pt100溫度傳感器是測量溫度并利用自身阻值由溫度變化而產(chǎn)生變化的特點進行溫度信號轉換成標準的輸出信號的儀表，可以用來檢測和調節(jié)工程生產(chǎn)過程的溫度參數(shù)。由兩部分構成帶傳感器的變送器，它們分別是“傳感器”和“信號轉換器”。熱電偶或者熱電阻是傳感器的主要材料；信號轉換器主要由測量單元、信號處理和轉換單元組成(由于工業(yè)用熱電阻和熱電偶分度表是標準化的，因此信號轉換器作為獨立產(chǎn)品時也稱為變送器)，有些變送器增加了顯示單元，有些還具有現(xiàn)場總線功能。

1.3 LED數(shù)碼管

LED數(shù)碼管實際上是由七段LED燈組成一個“8”字形，若算上小點則共有八個LED小燈，根據(jù)各個小燈亮滅不同，它可以顯示從“0”到十六進制的“F”。LED數(shù)碼管按連接方式的不同可分為共陰極接法和共陽極接法。共陰極接法的數(shù)碼管要接通高電平才可以導通工作，而共陽極則需要接通低電平才可以導通工作。本設計采用共陰極接法的兩位LED數(shù)碼管，連接在單片機的P2口。

1.4 繼電器控制的加熱系統(tǒng)

單片機通過P1.1引腳對繼電器的斷開和和閉合進行控制從而控制加熱系統(tǒng)的工作與否。當輸出為低電平時，三極管導通，加熱系統(tǒng)開始工作。當輸出為高電平時，三極管截止，加熱系統(tǒng)停止工作。

圖1 繼電器控制的加熱系統(tǒng)

2 設計思路

2.1 總體思路

本系統(tǒng)運用STC89C51單片機進行對于室溫的測量及調控，運用Pt100溫度傳感器進行溫度的測量以及標準信號的傳輸，這樣做是為了進一步的對溫度進行調節(jié)。我們在上文已經(jīng)了解到了Pt100溫度傳感器既包括傳感器又包括信號轉換器，這滿足我們對溫度檢測后轉換成標準信號交給單片機進行判斷的要求。它設計的主要原理為根據(jù)溫度的不同則自身電阻值不同，從而影響電路中電壓，所以根據(jù)溫度的不同可換算成不同的電壓值，也就有不同的標準信號相對應。當單片機檢測到溫度傳感器發(fā)送給單片機的標準信號之后，單片機根據(jù)預先設定的溫度進行判斷，若高于這個溫度則使風扇轉動，若低于這個溫度則使風扇停轉并且使暖爐工作。在所有過程中，用LED數(shù)碼管來進行溫度的顯示。

2.2 交流調溫風扇部分

該風扇工作原理為根據(jù)溫度不同來調整風速，風速共有四檔，但為了簡潔起見只用其中兩檔，即0檔和四檔，當室溫小于等于27攝氏度時，該風扇為零度，當室溫大于27度時，該風扇轉速為四檔。

2.3 繼電器控制的加熱系統(tǒng)部分

作為調高溫度的部分，它需要交流供電，而單片機只能提供最大為5伏的電壓，所以想要通過單片機直接對加熱系統(tǒng)進行控制是不現(xiàn)實的，所以在這里用到了繼電器來實現(xiàn)加熱系統(tǒng)中電路的導通和斷開，而用單片機來控制繼電器是否工作，當單片機P1.1引腳輸出低電平時三極管導通，加熱系統(tǒng)開始工作，而當P1.1引腳輸出高電平時，三極管截止，加熱系統(tǒng)停止工作。

2.4 A/D轉換器

在這個室溫調控系統(tǒng)中，A/D轉換器在Pt100溫度傳感器電路中，是為了將熱電阻測得的溫度信號轉換成標準的數(shù)字信號以便于單片機檢測并作出相應的運算及判斷。因為單片機只能運算數(shù)字語言，即“0”和“1”，不能直接對溫度信號加以運算，故我們需要用A/D轉換裝置將信號進行轉化，相當于“翻譯”的功能。

3 主接線的設計

在主接線的核心部分是四十只引腳的STC89C51單片機，它的P2口連接一個共陰極兩位LED數(shù)碼管，而它的陰極分別連接在單片機的P1.6引腳和P1.7引腳，數(shù)碼管用來顯示當前溫度，而溫度的來源為Pt100溫度傳感器測量的溫度。Pt100溫度傳感器測量的溫度通過一個A/D轉換裝置連接在STC89C51單片機的P0口上，實現(xiàn)溫度信號轉換成標準數(shù)字信號并向單片機傳輸?shù)墓δ?。STC89C51單片機接收到溫度轉換成的標準數(shù)字信號后，通過掃描預先下載進去的主程序進行內部的運算與判斷，當溫度高于27攝氏度時，啟動交流調速風扇，進行降溫工作，而當溫度低于27度后，交流調速風扇將停止工作，并且在室溫比27攝氏度低很多(在本設計中為5攝氏度)時使單片機控制繼電器使增溫系統(tǒng)工作，知道溫度重新升回27攝氏度。

4 主程序的設計

本程序運用C語言來進行設計，設計的主體思路是分別設計A/D轉換子程序、數(shù)碼管顯示子程序、溫度調控子程序，其中交流調速風扇的調速程序要通過中斷程序來實現(xiàn)，它的主要原理是：我國交流電的頻率為50Hz，即周期為0.02s，我們先將供給交流調速風扇的交流電整流成連續(xù)的正半周期的交流電，利用單片機控制通電與斷電的占空比從而調節(jié)交流調速風扇的檔位，在中斷程序中根據(jù)Pt100溫度傳感器測得的溫度信號轉換成的標準數(shù)字信號的不同來設定不同的占空比。對于Pt100溫度傳感器測得的溫度信號，要根據(jù)公式轉換成一個對應的數(shù)字，整體趨勢是溫度越高這個數(shù)字越低。這部分由程序中的A/D轉換子程序來實現(xiàn)。對于數(shù)碼管的顯示，我們通過定義數(shù)字表以及定義端口(用兩個不同的參數(shù)來表示連接數(shù)碼管陰極的P1.6引腳和P1.7引腳)來實現(xiàn)對數(shù)碼管顯示的控制。對于交流調速風扇和對加熱系統(tǒng)的控制在主程序中是通過設定兩個不同的參數(shù)來實現(xiàn)的，這兩個參數(shù)分別代表連接繼電器的P1.1引腳和連接交流調速風扇的P1.2引腳，通過給這兩個參數(shù)賦值(“0”和“1”)來實現(xiàn)降溫和升溫的功能。

[1] 李朝青，單片機原理及接口技術(簡明修訂版)[M].北京：北京航空航天大學，1998.

[2] 李曉荃.單片機原理與應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2000，(8).