孟雍祥 馮向超

隨著人們生活水平的提高，對(duì)生活環(huán)境的要求也越來(lái)越高。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，智能家居應(yīng)運(yùn)而生，它將家中的應(yīng)用設(shè)備相連接，只需要通過(guò)統(tǒng)一的平臺(tái)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有設(shè)備的實(shí)時(shí)控制。與傳統(tǒng)的家居方式相比，智能化家居的功能更全面，能夠?yàn)槿藗兲峁└邮孢m和更高質(zhì)量的居住環(huán)境。而在智能家居系統(tǒng)當(dāng)中，室內(nèi)溫度控制系統(tǒng)是基礎(chǔ)，它是對(duì)室內(nèi)燈光、溫度進(jìn)行控制的重要系統(tǒng)。只有合理設(shè)置室內(nèi)溫度控制系統(tǒng)，才能確保智能家居性能的穩(wěn)定，使各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到設(shè)計(jì)要求?；诖?，本文對(duì)基于單片機(jī)的室內(nèi)溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與探討。

單片機(jī);室內(nèi)溫度控制系統(tǒng);智能家居;自動(dòng)調(diào)節(jié)

1.基于單片機(jī)的室內(nèi)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1設(shè)計(jì)思路

1.1.1總體設(shè)計(jì)思路

從整體角度來(lái)講，室內(nèi)溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，主要用到的模塊有單片機(jī)、溫度傳感器、數(shù)碼管和機(jī)電控制的加熱系統(tǒng)。單片機(jī)采用的使ISP系統(tǒng)可編程芯片，同時(shí)包含了只讀程序的儲(chǔ)存器、指令系統(tǒng)以及引腳結(jié)構(gòu)。溫度傳感器則可以對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行有效測(cè)量，同時(shí)將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成為標(biāo)準(zhǔn)的輸出信號(hào)，同時(shí)還可以用來(lái)檢測(cè)和調(diào)節(jié)工程生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中的各項(xiàng)溫度參數(shù)。

該室內(nèi)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要依靠的是STC89C52單片機(jī)，該單片機(jī)可以對(duì)室內(nèi)的溫度進(jìn)行有效測(cè)量，同時(shí)還可以在特定的條件下對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)控，滿足人們的居住需要。在系統(tǒng)當(dāng)中，Pt100溫度傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的及時(shí)測(cè)量，同時(shí)還可以完成標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)的傳輸，從而根據(jù)實(shí)際需要來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。Pt100溫度傳感器在運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，信號(hào)轉(zhuǎn)換器發(fā)揮了重要的作用，該轉(zhuǎn)換器在完成對(duì)溫度的檢測(cè)之后可以將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)可以識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，然后將信號(hào)交給單片機(jī)，并做出相關(guān)的判斷。因此控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理就是根據(jù)不同的溫度來(lái)改變系統(tǒng)自身的電阻值，從而確定系統(tǒng)電路當(dāng)中的電壓，不同溫度信號(hào)下轉(zhuǎn)換而成的電壓值也有所不同，輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)也會(huì)有所不同。輸出的溫度信號(hào)會(huì)通過(guò)LCD1602數(shù)碼管顯示出來(lái)。下圖1-1就是室內(nèi)溫度控制系統(tǒng)的整體框圖。

表現(xiàn)在系統(tǒng)應(yīng)用上，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到溫度傳感器所輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)之后，就可以判斷外界的溫度情況，然后與系統(tǒng)當(dāng)中預(yù)先設(shè)定的溫度進(jìn)行對(duì)比。如果外界溫度高于設(shè)定溫度的話，風(fēng)扇就會(huì)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)制冷;而如果外界溫度低于設(shè)定溫度的話，風(fēng)扇就會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，暖爐就會(huì)開(kāi)始工作。

1.1.2交流調(diào)溫風(fēng)扇的設(shè)計(jì)思路

交流風(fēng)扇部分是采用交流電進(jìn)行調(diào)溫的。調(diào)溫風(fēng)扇可以根據(jù)不同的溫度自動(dòng)調(diào)整風(fēng)速，為了在使用的過(guò)程當(dāng)中更加方便，風(fēng)扇通常只有兩檔，分別是0檔和4檔。當(dāng)室內(nèi)溫度低于26度的時(shí)候，風(fēng)扇處于0檔的位置;如果室內(nèi)溫度高于26度的時(shí)候，風(fēng)扇就會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)為4檔。

1.1.3繼電器控制的加熱系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)當(dāng)中加熱的部分是由繼電器進(jìn)行控制的，單片機(jī)由于電壓的限制無(wú)法對(duì)加熱系統(tǒng)進(jìn)行直接控制，因此需要使用繼電器對(duì)加熱系統(tǒng)當(dāng)中的電路進(jìn)行導(dǎo)通與斷開(kāi)，使用單片機(jī)來(lái)控制繼電器。當(dāng)單片機(jī)的引腳輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，加熱系統(tǒng)就會(huì)受到開(kāi)始工作的信號(hào)，升高室內(nèi)的溫度;而當(dāng)該引腳輸出高電平時(shí)，三極管就會(huì)被截止，加熱系統(tǒng)就會(huì)受到停止工作的信號(hào)，使室內(nèi)的溫度保持在恒溫的狀態(tài)。

1.1.4 A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)思路

還需要使用A/D轉(zhuǎn)化器來(lái)將Pt100溫度傳感器電路當(dāng)中的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)，從而使單片機(jī)能夠檢測(cè)得到該信號(hào)，同時(shí)做出相關(guān)的判斷。目前所使用的STC89C52單片機(jī)只能對(duì)數(shù)字語(yǔ)言進(jìn)行運(yùn)算，只能識(shí)別數(shù)字“0”和“1”，無(wú)法對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，因此在使用的過(guò)程當(dāng)中需要使用A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)轉(zhuǎn)化信號(hào)，使單片機(jī)能夠更好地識(shí)別，從而進(jìn)行有效控制。

1.2主接線的設(shè)計(jì)

室內(nèi)溫度控制系統(tǒng)主接線的核心部分是引腳的STC89C52單片機(jī)，它與共陰極兩位LED數(shù)碼管相連接，能夠?qū)t100溫度傳感器測(cè)量得到的溫度顯示出來(lái)。Pt溫度傳感器所測(cè)量的溫度可以通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換裝置與單片機(jī)的接口相連接，從而實(shí)現(xiàn)將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)的目標(biāo)。在接收到信號(hào)之后，單片機(jī)就可以通過(guò)內(nèi)部的程序進(jìn)行判斷與計(jì)算，當(dāng)溫度高于26度的時(shí)候，就可以自動(dòng)開(kāi)啟風(fēng)扇等設(shè)備進(jìn)行室內(nèi)降溫;而高于26度的時(shí)候，就可以自動(dòng)開(kāi)啟暖爐等設(shè)備進(jìn)行室內(nèi)升溫，從而使室內(nèi)溫度控制在恒定的溫度。

1.3主程序的設(shè)計(jì)

室內(nèi)溫度控制系統(tǒng)的主程序主要是通過(guò)C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，主要的設(shè)計(jì)思路就是分別設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換子程序、數(shù)碼管顯示子程序以及溫度條控制程序。在系統(tǒng)對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行調(diào)控的過(guò)程當(dāng)中，需要使用中斷程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體來(lái)說(shuō)，要想使用交流電對(duì)調(diào)速風(fēng)扇整流成為正半周期的交流電，然后再利用單片機(jī)控制交流電通電與斷電的占空比，從而對(duì)交流調(diào)速風(fēng)扇的檔位進(jìn)行有效調(diào)控。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，Pt100溫度傳感器會(huì)將室內(nèi)溫度測(cè)量出來(lái)，然后根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)中的公式將該溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的數(shù)字，這一功能需要A/D轉(zhuǎn)換子程序來(lái)協(xié)助實(shí)現(xiàn)。在對(duì)加熱系統(tǒng)進(jìn)行控制的過(guò)程當(dāng)中，需要在主程序當(dāng)中設(shè)定不同的參數(shù)，他們代表的是繼電器和連接調(diào)速風(fēng)扇的兩個(gè)引腳，通過(guò)對(duì)這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行賦值就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)溫度的升降。

2.基于單片機(jī)的室內(nèi)溫度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

在完成了室內(nèi)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之后，為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的有效性與可操作性，對(duì)系統(tǒng)當(dāng)中的電路進(jìn)行了測(cè)試。經(jīng)過(guò)測(cè)試得出了如表2-1所示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。由此可以看出，該室內(nèi)溫度控制系統(tǒng)的控制誤差比較小，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)恒溫的室內(nèi)效果。

結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，本文對(duì)基于單片機(jī)的室內(nèi)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了分析。該系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定、能源消耗低、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，基本可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精準(zhǔn)控制，為用戶提供舒適、智能的居住環(huán)境。經(jīng)過(guò)實(shí)際溫度控制驗(yàn)證，該設(shè)計(jì)方案具有較高的有效性與可行性，可以為同類型的控制系統(tǒng)提供參考與借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]陳漢臻，王愛(ài)美，羅進(jìn)文，王興梅. CC2430芯片和單片機(jī)的暖氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 自動(dòng)化儀表，2017，33（09）：17-20+24.

[2]黃興洲，薛德寬，劉雪林，陳文娟，袁順東. 基于單片機(jī)的自供電供暖溫度智能調(diào)控裝置[J]. 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2016，28（02）：73-76.

作者簡(jiǎn)介：孟雍祥（1990-），男，山東省淄博市人，職稱：研究實(shí)習(xí)員，學(xué)歷：碩士研究生，研究方向：聲學(xué)電子和海洋儀器開(kāi)發(fā);

馮向超（1989-），男，碩士研究生。