張建勝，王麗娟

（ 湖南文理學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，湖南 常德　415000 ）

基于NTC（10k）的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

張建勝，王麗娟

（ 湖南文理學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，湖南 常德415000 ）

基于16位低功耗單片機(jī)MSP430G2553與負(fù)溫度系數(shù)電子元件NTC（10k）的溫度控制系統(tǒng)，涉及溫度檢測(cè)、電壓轉(zhuǎn)換、顯示、報(bào)警、執(zhí)行等電路設(shè)計(jì)，經(jīng)Multisim仿真顯示，溫控系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

單片機(jī)；NTC（10k）；溫度控制；Multisim

0　引言

在花卉園藝、農(nóng)業(yè)作物等溫室、大棚種植領(lǐng)域中，溫度是非常重要的物理量，對(duì)于溫度的控制顯得極為關(guān)鍵，不同作物在其不同的生長(zhǎng)期所需要的溫度也不盡相同，且要求穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。

1　概述

溫度計(jì)通常用來測(cè)量溫度，通過人工加熱、通風(fēng)、降溫設(shè)備來控制溫度，控制精度低、實(shí)時(shí)性差，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大是其弊端。采用NTC（10k）熱敏電阻器測(cè)溫，由ADC0804精確轉(zhuǎn)換后，與低功耗單片機(jī)MSP430G2553直接相連，將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，最大線性偏差小于0.02℃。

2　硬件設(shè)計(jì)

圖1所示為溫室溫度控制系統(tǒng)框架，圖2所示為溫控系統(tǒng)原理，包括溫度檢測(cè)和電壓采集電路、溫度顯示電路、執(zhí)行電路、報(bào)警電路。

圖1　系統(tǒng)總框

圖2　溫度控制原理

2.1 溫度和電壓檢測(cè)

通過熱敏電阻NTC（10k）檢測(cè)溫室溫度的變化，采集熱敏電阻NTC（10k）兩端的電壓變換，通過MSP430G255內(nèi)部自帶A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，提供單片機(jī)處理，單片機(jī)接收到信號(hào)后，與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，判斷是否打開交流電機(jī)。

2.2 溫度顯示

溫度顯示電路采用LCD12864作為顯示模塊。LCD12864以串行傳輸方式將單片機(jī)指令及數(shù)據(jù)傳輸給顯示器，從而達(dá)到目標(biāo)文字的顯示。P2.2接LCD12864的數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）， P2.3接LCD12864的讀/寫選擇端（H/L）（串?dāng)?shù)據(jù)口）， P2.4接LCD12864的使能信號(hào)（串行同步時(shí)鐘信號(hào)）。LCD12864的時(shí)序如圖3所示。

圖3　LCD12864時(shí)序

2.3 執(zhí)行電路

當(dāng)檢測(cè)到溫度超出設(shè)定的正常溫度范圍時(shí)，三極管導(dǎo)通，繼電器常開觸點(diǎn)閉合，打開交流電機(jī)，驅(qū)動(dòng)降溫風(fēng)機(jī)或打開頂層遮陽布，三極管的基極接單片機(jī)的P2.0口。電路原理如圖4所示。

圖4　執(zhí)行電路原理

2.4 報(bào)警電路

報(bào)警電路由三極管和小揚(yáng)聲器組成，當(dāng)溫度高于上限或低于下限時(shí)，P2.5口輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲。電路原理如圖5所示。

圖5　報(bào)警電路原理

3　軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括主函數(shù)和顯示函數(shù)、模數(shù)轉(zhuǎn)換的初始化和數(shù)據(jù)處理函數(shù)、報(bào)警函數(shù)。

溫控系統(tǒng)進(jìn)入執(zhí)行時(shí)，單片機(jī)先行復(fù)位，對(duì)溫度進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)，與基準(zhǔn)溫度（溫度上、下限值）進(jìn)行比較和判斷，按照返回條件的不同進(jìn)行相應(yīng)處理。溫室溫度符合條件后再進(jìn)行檢測(cè)。

溫度大于上限值，打開降溫風(fēng)扇，拉上遮陽布，進(jìn)行降溫處理；

溫度小于下限值，關(guān)閉降溫風(fēng)扇，打開遮陽布，啟動(dòng)報(bào)警，進(jìn)行保溫處理。

主函數(shù)程序流程如圖6所示。

圖6　主函數(shù)程序流程

4　仿真分析

Multisim是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。采用該軟件對(duì)溫控系統(tǒng)進(jìn)行仿真測(cè)試，結(jié)果如下。

溫度處于正常范圍內(nèi)，三極管截止，繼電器的常開觸點(diǎn)斷開，交流電機(jī)無動(dòng)作，輸出波形接近于零的直線，如圖7所示。

溫度高于上限或低于下限時(shí)，微處理器P2.5口輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲，如圖8所示。

圖7　溫度屬于正常范圍內(nèi)仿真

圖8　系統(tǒng)報(bào)警仿真

檢測(cè)的溫度超出設(shè)定正常溫度范圍時(shí)，三極管導(dǎo)通，繼電器常開觸點(diǎn)閉合，打開交流電機(jī)，驅(qū)動(dòng)降溫風(fēng)機(jī)或打開頂層遮陽布，如圖9所示。

溫度從超出上限值下降到正常值時(shí)，輸出電壓開始下降，至三極管截止，交流電機(jī)關(guān)閉，如圖10所示。溫控系統(tǒng)正常狀態(tài)下仿真，如圖11所示。

圖9　溫度升高時(shí)溫控系統(tǒng)輸出仿真

圖10　溫度下降時(shí)，溫控系統(tǒng)輸出仿真

圖11　溫控系統(tǒng)正常狀態(tài)下仿真

5　結(jié)論

利用16位低功耗單片機(jī)MSP430G2553與負(fù)溫度系數(shù)電子元件NTC （10K）設(shè)計(jì)精準(zhǔn)度較高的硬件和軟件電路，經(jīng)Multisim仿真驗(yàn)證，溫度變化時(shí)候達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)間較短，變化幅度小，超調(diào)量較小，穩(wěn)定精度高，運(yùn)行平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)了無偏差跟蹤。系統(tǒng)功能完善，具有較好的穩(wěn)定性。

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Desfign and Simulation of Tempenature Control Based on NTC（10k）

Zhang jiansheng Wang li juan
（Hunan University of Arts and Science， Hunan， 41500）

This paper introduces the MSP430G2553 based on single-chip microcomputer and the NTC （10 k） of the temperature control system， and the temperature control system of this paper involved the temperature detection circuit， voltage conversion circuit， display circuit， alarm circuit， the circuit for the design of the circuit in detail， at the same time in Multisim simulation debugging， the results of simulation prove that the temperature control system is stable and reliable.

Single chip microcomputer； NTC （10 k）； Temperature control； Multisim

TM930.2

A

1674-2796（2016）04-0021-04

2016-04-07

張建勝（1993-）男，大學(xué)本科在讀，專業(yè)：建筑電氣與智能化。