邵鵬

（西安科技大學高新學院，陜西 西安 710109）

基于單片機的空調溫度測試測控系統(tǒng)設計

邵鵬

（西安科技大學高新學院，陜西 西安 710109）

單片機在測試測控系統(tǒng)中占據著重要的地位，本文以AT89C51單片機為基礎，進行了空調溫度測試測控系統(tǒng)的設計，分析了其硬件設計組成及軟件功能實現(xiàn)，旨在為空調溫度測試測控系統(tǒng)的相關研究和設計實踐提供參考.

單片機；空調溫度；測試測控系統(tǒng)；硬件設計；軟件設計

空調是重要的制冷產品，在人們日常生活和工業(yè)生產領域中應用廣泛.當前，空調控制方式大多為手動控制，人們定時對溫度和濕度進行查看，以相關要求為基礎開啟或關閉設備，不僅耗時耗力，且可靠性較差.基于以上，本文設計了一款基于AT89C51單片機的空調溫度測試測控系統(tǒng)，旨在進一步推進空調系統(tǒng)的發(fā)展，提升其應用水平.

1 硬件設計

以AT89C51單片機為基礎，設計空調溫度測試測控系統(tǒng)，系統(tǒng)結構如圖1所示.

圖1

1.1 溫度測試電路

溫度測試電路以DS18B20型號的溫度芯片為基礎，其位一線式數字溫度傳感器，測溫范圍在零下55℃到零上125攝氏度之間，溫度分辨率較高，能夠達到0.0625攝氏度[1].除此之外，該溫度芯片還有著微型化、抗干擾能力強、低功耗等眾多優(yōu)點，在溫度測控系統(tǒng)設計中應用廣泛.溫度芯片DS18B20內部結構如圖2所示.

圖2 溫度芯片DS18B20內部結構

溫度芯片DS18B20包含四個數據部件：（1）溫度靈敏元件；（2）溫度報警觸發(fā)器：主要為TG和TL，屬于非易失性溫度報警觸發(fā)器，通過軟件可將溫度報警限值寫入，實現(xiàn)溫度超限報警功能[2]；（3）64位激光ROM：主要包括8位CRC、8位家族代碼及48位序列號；（4）配置寄存器：其為高速暫存存儲器第五字節(jié)，在0工作時，以寄存器分辨率為依據，能夠實現(xiàn)溫度向對應精度數值的轉換，各位定義如圖3所示.

圖3 寄存器結構

在圖3中，TM指的是測試模式標志位，寫入0，不能被改變，R0和R1為溫度及分辨率設置位，其對應的分辨率有四種，如表1所示.在出廠的時候設置為缺省值，R0=R1=1，即為12位分辨率[3].用戶可以根據獲取分辨率的需要對配置寄存器進行改寫.

表1 配置寄存器與分辨率對應關系表

高速暫存存儲器中包含9個字節(jié)，發(fā)布溫度轉換命令之后，轉換值以二字節(jié)補碼形式在第0和第1個字節(jié)中存放，利用單線接口，單片機可對給數據進行讀取，對應溫度計算如下：符號位S=0，進行二進制位向十進制的轉換，符號位S=1，首先將補碼變?yōu)樵a，之后再進行十進制值的計算.

溫度芯片DS18B20屬于一種單線數字溫度傳感器，其不需要外圍電路支持，僅通過1根線就可以實現(xiàn)與單片機的連接，連接原理圖如圖4所示.采用外部電源為溫度芯片DS18B20供電.

圖4 溫度芯片DS18B20與單片機連接原理圖

1.2 鍵盤和顯示電路

本文設計的空調溫度測試測控系統(tǒng)采用矩陣式鍵盤，包括20個按鍵，其中有10個數字鍵，還包括各種功能鍵.按鍵時，8279會產生中斷信號，并將此中斷信號傳輸至單片機中，最后對應啟動響應的功能程序.

顯示電路由75451和LED數碼管組成，1片75451與5個LED數碼管相連，能夠實現(xiàn)動態(tài)顯示功能，主要顯示內容包括溫度正負號、通道號、溫度值個位、十位及小數點后一位.

1.3 電源電路

本文采用的 AT89C51單片機工作電源為+5V，底層電路功耗相對較小，整個空調測試測控系統(tǒng)的功耗較小，采用7805三端穩(wěn)壓片就可以滿足系統(tǒng)的供電要求.

1.4 看門狗電路

底層電路板的工作環(huán)境較為惡劣，在惡劣的環(huán)境下，單片機很可能受到周圍環(huán)境因素的干擾而出現(xiàn)程序跑飛、死機等問題，從而影響了空調溫度測試測控系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性.在實際工作中，一旦單片機出現(xiàn)上述問題，工作人員不可能及時到現(xiàn)場來重啟單片機，為了保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，本設計將外部看門狗電路添加到單片機電路中，通過看門狗電路來實現(xiàn)對單片機工作狀態(tài)的定時查詢，一旦發(fā)現(xiàn)單片機出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，則立即進行單片機的延時重啟，從而保證空調溫度測試測控系統(tǒng)運行的安全性和可靠性.看門狗電路設計如圖5所示.

圖5 看門狗電路設計圖

2 軟件設計

采用模塊化方法進行空調溫度測試測控系統(tǒng)軟件編程，主要包括：（1）主程序：主要功能是實現(xiàn)系統(tǒng)初始化、計算采集溫度數據；（2）鍵盤掃描及按鍵處理程序：主要功能是識別輸入按鍵并進行相關處理；（3）溫度測試程序：主要功能是處理溫度芯片傳送的數據，并進行數據判斷和數據顯示[4]；（4）數碼管顯示程序：主要功能為數碼顯示送數；（5）控制程序：實現(xiàn)循環(huán)顯示，并根據溫度測試結果來進行空調控制.空調溫度測試測控系統(tǒng)軟件程序流程如圖6所示.

圖6 空調溫度測試測控系統(tǒng)軟件程序流程圖

3 結論

綜上所述，本文以AT89C51單片機為基礎，結合DS18B20溫度芯片，設計了空調溫度測試測控系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)對空調溫度的多點檢測功能和測試功能.本系統(tǒng)硬件設計相對簡單，實現(xiàn)信號數字化傳遞，有著抗干擾能力強、功耗低等眾多優(yōu)點.本系統(tǒng)還可以實現(xiàn)與擴展接口芯片的連接，從而實現(xiàn)功能擴展，能夠進行空調更多路溫度的測量和控制，在家用空調溫度測控和工業(yè)生產用空調溫度測控中都有著良好的應用效果.

〔1〕王紅玲,白政民.基于AT89C51的多點溫度檢測系統(tǒng)設計[J].現(xiàn)代電子技術,2010（09）:126-128.

〔2〕連思斌,鄭振耀.基于DSP的空調綜合測控系統(tǒng)研究與設計[J].數字技術與應用,2011（06）:11-12.

〔3〕周先輝,毛翠麗,王長河.基于STC12C5A與PC串口通信的溫度測控系統(tǒng)開發(fā)[J].南陽理工學院學報,2012（04）:52-56.

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