遼寧工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院　趙子龍　郭延鋒　張　彭　盧小輝

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基于STC單片機(jī)的溫度調(diào)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

遼寧工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院趙子龍郭延鋒張彭盧小輝

【摘要】主要是對(duì)以STC單片機(jī)為主控制單元和以溫度測(cè)量單元構(gòu)成的單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行研究。該系統(tǒng)可以設(shè)定溫度上、下限，并顯示檢測(cè)溫度，監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。如果溫度超過(guò)設(shè)定的上限或下限溫度，報(bào)警系統(tǒng)將依照事先設(shè)置的參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，達(dá)到一定范圍內(nèi)溫度的監(jiān)測(cè)與控制。

【關(guān)鍵詞】溫度采集；DS18B20；STC單片機(jī)；超溫報(bào)警電路

0　引言

隨著微機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對(duì)溫度控制系統(tǒng)的要求，主要是保證溫度在一定溫度范圍內(nèi)化，穩(wěn)定性好，不振蕩，對(duì)系統(tǒng)的快速性要求不高。在論文中分析了單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程及實(shí)現(xiàn)的方法。系統(tǒng)的測(cè)溫范圍為-20℃～40℃，溫度檢測(cè)系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的溫度范圍完成一定范圍的溫度控制。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)了相關(guān)的硬件電路和應(yīng)用程序。硬件電路主要包括STC單片機(jī)最小系統(tǒng)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、測(cè)溫電路、LCD液晶顯示電路、超溫報(bào)警電路以及通訊模塊電路等。應(yīng)用程序主要有主程序，按鍵處理程序、DS18B20通信程序、LCD顯示程序以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序等等。DS18B20可以直接讀出被測(cè)溫度值，而且采用3線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。以單片機(jī)為核心的溫度采集過(guò)程與控制系統(tǒng)的研發(fā)應(yīng)用在很大程度上提高了我們生產(chǎn)生活中對(duì)溫度的控制水平，經(jīng)過(guò)測(cè)驗(yàn)得知本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是正確的，可行的。

1　溫度控制原理

用戶通過(guò)鍵盤(pán)輸入設(shè)定的溫度上限值與下限值，溫度信息由集A/D轉(zhuǎn)換和溫度測(cè)量于一體的DS18B20溫度傳感器測(cè)量并且轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),輸入到主機(jī)，此信號(hào)經(jīng)過(guò)標(biāo)度轉(zhuǎn)換后，通過(guò)LCD液晶屏幕將溫度顯示出來(lái)；當(dāng)測(cè)得的溫度超過(guò)上限時(shí)，蜂鳴器報(bào)警并且采取降溫措施，低于下線時(shí)采取加熱措施。這樣就可以控制輸出設(shè)備，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)溫度的變化了，使其逐漸趨向給定范圍且達(dá)到控制的目的。

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要由按鍵掃描與系統(tǒng)總體顯示電路、溫度檢測(cè)電路、報(bào)警電路、輸出控制電路等其他部分組成。

2.1溫度檢測(cè)及控制電路部分

系統(tǒng)中溫度檢測(cè)電路是選用美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器DS18B20實(shí)現(xiàn)的。該器件在使用中不需要外圍元件，與單片機(jī)交換信息僅需要一根I/O線。在此次設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)中，采用的是多路測(cè)溫電路，所以DS18B20溫度傳感器與主控單片機(jī)的連接方式如圖1所示。DQ管腳為數(shù)據(jù)線與STC的P1.2連接。DS18B20的溫度檢測(cè)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個(gè)芯片之上，從而提高了干擾能力。在DS18B20內(nèi)部，可編程的分辨率為9～12位，溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字格式最大值為750毫秒。當(dāng)用戶需要的時(shí)候，DS18B20將通過(guò)單線接口串行發(fā)送數(shù)據(jù)。

圖1　溫度傳感器與主控單片機(jī)的連接

2.2LCD顯示模塊

LM016L液晶模塊（如圖2所示）采用HD44780控制器，HD44780具有簡(jiǎn)單而功能較強(qiáng)的指令集，可以實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)，閃爍等功能。LM016L與單片機(jī)MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式。HD44780控制器由兩個(gè)8位寄存器、指令寄存器（IR）、數(shù)據(jù)寄存器（D）、顯示數(shù)RAM（DDRAM）、字符發(fā)生器ROMA（CGOROM）、字符發(fā)生器RAM（CGRAM）和地址計(jì)數(shù)器RAM(AC)組成。

圖2　LM016L液晶模塊電路連接圖

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

主要是DS18B20以及LCD液晶屏的子程序編寫(xiě)。DS18B20的主要數(shù)據(jù)原件有：64位激光Lasers ROM，溫度靈敏原件和非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH 和TL。DS18B20可以從總線獲取電源，當(dāng)信號(hào)線位高電平時(shí)，將能量貯存在外部電容器中；當(dāng)單信號(hào)線為低電平時(shí)，將該電源斷開(kāi)，直到信號(hào)線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳娙荩╇娫礊橹?。LCD液晶屏的子程序編寫(xiě)主要是屏幕的初始化以及顯示部分?jǐn)?shù)字值以及符號(hào)程序的設(shè)計(jì)，流程圖如圖3所示。

4　系統(tǒng)總體方案論述

本設(shè)計(jì)中的主控制元件使用的是STC單片機(jī)，溫度傳感器使用的是DS18B20，在本文中重點(diǎn)介紹了STC單片機(jī)和DS18B20傳感器的特點(diǎn)及用，為硬件電路的設(shè)計(jì)和測(cè)試程序設(shè)計(jì)做好了基礎(chǔ)準(zhǔn)備。對(duì)控制系統(tǒng)中的各個(gè)單元模塊的電路連接和程序運(yùn)行流程圖都做了詳細(xì)介紹，主要涉及了單片機(jī)控制系統(tǒng)、溫度傳感器系統(tǒng)、按鍵系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的程序都使用C51編寫(xiě)的，并在KeilC編譯環(huán)境下運(yùn)行通過(guò)且經(jīng)由STC公司的STC-ISP軟件下載到系統(tǒng)中的。主要包括DS18B20初始化、讀、寫(xiě)程序，LCD顯示程序，報(bào)警程序等等。測(cè)試通過(guò)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功，可以滿足基本的數(shù)據(jù)采集要求。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，通過(guò)采用先分塊設(shè)計(jì)，再整體調(diào)試的方法，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)擊破。

圖3　軟件設(shè)計(jì)流程圖

5　結(jié)語(yǔ)

此設(shè)計(jì)是以一種STC單片機(jī)為主要控制單元、通過(guò)DS18B20傳感器實(shí)現(xiàn)溫度控制的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)檢測(cè)相關(guān)的溫度數(shù)據(jù)并記錄當(dāng)前的時(shí)間。其主要特點(diǎn)是：實(shí)用性強(qiáng)、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、靈敏度高，并具有一定的推廣性，對(duì)下一代溫度控制系統(tǒng)具有借鑒和引導(dǎo)作用，通過(guò)實(shí)物制作證明了可行性和有效性。

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趙子龍（1994—），男，甘肅天水人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于遼寧工業(yè)大學(xué)。

郭延鋒（1971—），女，河北淶源人，碩士研究生，遼寧工業(yè)大學(xué)副教授。

作者簡(jiǎn)介：