鄧云積，劉 堯，吳遙遠(yuǎn)，羅 行，張 翠，黃雄偉

（六盤水師范學(xué)院，貴州 六盤水 553004）

溫度控制的良好與否對(duì)生產(chǎn)生活具有很大的影響。溫度控制不僅僅局限在生產(chǎn)過程中，生活中的方方面面都離不開溫度控制，例如居室、教學(xué)辦公樓等地方都需要合理地控制溫度，因此，溫度的采集、檢測(cè)、控制在生產(chǎn)生活中有著積極的作用，不但提高了工作效率，而且起到了節(jié)約資源的作用。

1 工作原理及優(yōu)勢(shì)

1.1 單片機(jī)溫度控制的工作原理

使用單片機(jī)溫度控制的基本工作原理：通過單總線的智能數(shù)字AM2311 溫濕度復(fù)合傳感器將溫度信息測(cè)量出來，單片機(jī)借助傳感器作為載體，擴(kuò)大傳感器收集的溫度信息，并把擴(kuò)大的溫度信息直接傳遞到電路中，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換，將溫度信息變成電壓信號(hào)，弱電進(jìn)行擴(kuò)大，傳至單片機(jī)，對(duì)其進(jìn)行自由地調(diào)控和處理，再將采集的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化形成數(shù)字信號(hào)，最終傳輸?shù)街鳈C(jī)中，對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)控[1]。在對(duì)數(shù)字信號(hào)過濾之后，將其轉(zhuǎn)換成不同的標(biāo)度，進(jìn)而在1602LCD 液晶顯示器的屏幕中呈現(xiàn)出來[2]。

1.2 單片機(jī)溫度控制的優(yōu)勢(shì)

以STC12C5A60S2 單片機(jī)為設(shè)計(jì)核心，與傳統(tǒng)8051 單片機(jī)相比較，其速度、抗干擾能力等都優(yōu)于傳統(tǒng)8051 單片機(jī)。STC12C5A60S2 單片機(jī)具有性價(jià)比高，系統(tǒng)之間的相互協(xié)調(diào)程度好，靈活性好，方便控制，功耗低、省電，組態(tài)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。作為溫度控制的核心，STC12C5A60S2 單片機(jī)是一款不錯(cuò)的選擇，其指令代碼兼容傳統(tǒng)8051 單片機(jī)，且數(shù)據(jù)采集所需的單元模塊和數(shù)據(jù)控制中所需的單元模塊幾乎包括在內(nèi)，因此，使用單片機(jī)進(jìn)行溫度控制，可以大幅度的提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)和精度，從而提升了工作效率，有利于人們的生活更加安逸舒適。

2 溫度控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

2.1 整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)

溫度控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，以STC12C5A60S2單片機(jī)為控制核心，智能數(shù)字AM2311 溫濕度復(fù)合傳感器、降溫繼電器、1602LCD 液晶顯示器、加熱器等輔助器件組成。其溫度檢測(cè)采用了通信技術(shù)、控制技術(shù)等。首先，對(duì)溫度進(jìn)行采集，可用智能數(shù)字AM2311 溫濕度復(fù)合傳感器來完成，當(dāng)數(shù)據(jù)采集完成后，溫度采集電路把檢測(cè)到的溫度數(shù)據(jù)以數(shù)字量的形式傳給單片機(jī)；其次，單片機(jī)采集傳感器數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)顯示在1602LCD 液晶顯示器上，并參照模糊控制算法，將檢測(cè)到的溫度與用戶設(shè)置的溫度值進(jìn)行計(jì)算，得到實(shí)時(shí)控制量；最后，若采集得到的數(shù)據(jù)超過給定范圍，LED 燈將在單片機(jī)的控制下閃爍發(fā)出報(bào)警信號(hào)[3]，進(jìn)行報(bào)警。

2.2 溫度采集電路傳感器的介紹

智能數(shù)字AM2311 溫濕度復(fù)合傳感器具有卓越的品質(zhì)，可用于測(cè)試以及檢測(cè)，其靈活性較高，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，常應(yīng)用在家電或者其他需要檢測(cè)相關(guān)溫濕度的控制領(lǐng)域。它不僅體積小、功耗低，還能夠完全互換，在工作時(shí)表現(xiàn)出超強(qiáng)的抗干擾能力，因此在各類場(chǎng)合中被使用，甚至在極為嚴(yán)苛的場(chǎng)合，它都能成為最佳的選擇。

2.3 溫度顯示電路

溫度顯示電路主要是顯示設(shè)定目標(biāo)溫度范圍和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的溫度數(shù)據(jù)，其電路圖見圖1。1602LCD 液晶顯示器的功耗低，運(yùn)行時(shí)散熱量小，工作時(shí)電壓低，具有較強(qiáng)的交互性。因此在該設(shè)計(jì)研究的溫控電路中借助1602LCD液晶顯示器作為顯示模塊，能夠達(dá)到較強(qiáng)可讀性且修改便捷，系統(tǒng)的顯示電路可用來顯示傳感器采集的周圍環(huán)境溫度或者物體的實(shí)時(shí)溫度和相關(guān)數(shù)據(jù)等[4]。

圖1 溫度顯示電路

2.4 溫度控制參數(shù)設(shè)置

根據(jù)被測(cè)對(duì)象所需的溫度設(shè)置一個(gè)范圍，既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示，還可以對(duì)溫區(qū)進(jìn)行設(shè)定，確保可以將溫度控制在所設(shè)定溫度的范圍內(nèi)。判斷溫度是否越界：將所測(cè)的實(shí)時(shí)溫度與設(shè)定的極限溫度進(jìn)行比較，若溫度越界，則判斷是越過了最小值還是最大值，并且當(dāng)溫控系統(tǒng)處于開啟狀態(tài)時(shí)，越過最小值啟動(dòng)對(duì)應(yīng)設(shè)備進(jìn)行了加熱，越過最大值則啟動(dòng)制冷[5]。

2.5 溫度控制電路

溫度控制模塊包含有升溫控制電路和降溫控制電路兩個(gè)子模塊。

升溫控制電路的工作原理為：當(dāng)采集的溫度值過低時(shí)，單片機(jī)向連接端口輸出低功率電壓，此時(shí)電路開啟升溫控制模式，相應(yīng)的加熱器件開始工作，直到溫度上升到用戶指定的范圍內(nèi)，升溫電路模塊完成升溫控制。當(dāng)所測(cè)溫度未越界時(shí)，電路不進(jìn)行任何的加熱或降溫操作。

降溫控制電路的工作原理和加熱控制電路工作原理大體一致，區(qū)別在于端口的連接設(shè)備中加入了風(fēng)扇[6]（加入風(fēng)扇的目的：風(fēng)扇開始工作，此時(shí)加快氣體分子的運(yùn)動(dòng)，風(fēng)速得以提高，讓室內(nèi)空氣對(duì)流，從而達(dá)到降溫的目的）。

降溫控制電路的工作原理為：當(dāng)采集的溫度值過高時(shí)，單片機(jī)向端口輸出低功率電壓，內(nèi)部配備的風(fēng)扇開始運(yùn)行，完成降溫工作，當(dāng)溫度降到目標(biāo)溫度范圍，降溫設(shè)備將自動(dòng)停止運(yùn)行，電路完成降溫模塊的工作。當(dāng)溫度被控制到用戶設(shè)定的范圍時(shí)，電路完成了降溫和升溫兩個(gè)電路模塊的控制。

2.6 報(bào)警指示電路設(shè)計(jì)

報(bào)警指示電路采用的電子元器件有：PNP 管、限流電阻、LED 顯示管，報(bào)警指示電路圖見圖2，其電路特點(diǎn)：在報(bào)警電路中對(duì)其溫度設(shè)定了臨界值（最高溫度值和最低溫度值）?，F(xiàn)場(chǎng)采集的溫度要介于最高值和最低值之間，報(bào)警指示電路不工作，若溫度越界則開始工作，因此為了控制目標(biāo)溫度范圍，需要設(shè)計(jì)一個(gè)越界報(bào)警裝置，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)采集到的溫度不在目標(biāo)溫度值內(nèi)時(shí)，不論是高于最高值還是低于最低值，LED 燈均閃爍報(bào)警進(jìn)行提醒。在此報(bào)警電路中，指示燈一端連接的是電源，另一端連接的是單片機(jī)口[7]。

圖2 報(bào)警指示電路

3 結(jié)論

該設(shè)計(jì)使用STC12C5A60S2 單片機(jī)溫度控制的多模塊（采集、顯示、控制） 運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了對(duì)室內(nèi)溫度的智能控制，提高了系統(tǒng)的整體工作效率。為了滿足使用者對(duì)溫度控制的要求，讓生活可以更智能化，用戶可以根據(jù)自身需要，對(duì)溫度進(jìn)行目標(biāo)設(shè)定，通過系統(tǒng)內(nèi)多任務(wù)運(yùn)行模塊的實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)將溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)到給定溫度范圍內(nèi)，進(jìn)而滿足用戶的使用要求。該設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是性能穩(wěn)定，在一定程度上節(jié)約了資源，可靠性高，符合當(dāng)代科技發(fā)展的形式，擁有一定的實(shí)用價(jià)值。