甘琪琛 薛安琪 鐘明靜

摘要：隨著我國(guó)人民生活水平的提高，人們對(duì)溫度控制與檢測(cè)的要求越來(lái)越高。本文設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的測(cè)溫系統(tǒng)的，測(cè)溫系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)為核心，DS18B20傳感器為測(cè)量元件，按鍵設(shè)定為輸入，通過(guò)LCD1602顯示設(shè)計(jì)成自動(dòng)化測(cè)溫控制系統(tǒng)。然后通過(guò)測(cè)溫系統(tǒng)軟件程序的編寫實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)軟件和硬件的仿真和調(diào)試，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)適用，易于操作。

關(guān)鍵詞： AT89C52;DS18B20溫度傳感器;自動(dòng)化控制;溫度檢測(cè)

中圖分類號(hào)： TP208? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）21-0237-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract： With the improvement of the living standard of our people， the demand for temperature control and detection is getting higher and higher. The temperature measurement system based on single chip microcomputer is designed in this paper. The temperature measurement system is based on the smallest system of STC89C52 single chip microcomputer. The DS18B20 sensor is the measuring element， the key is set as input， and the LCD1602 display is designed as an automatic temperature control system. Then， the software and hardware of the whole system is simulated and debugged through the software program of the temperature measurement system. The system is economical and applicable， and easy to operate.

Key words： AT89C52;DS18B20 Temperature Sensor; Automation control;Temperature detection

在人們生活水平不斷改善的過(guò)程中，溫度自動(dòng)檢測(cè)與控制在工農(nóng)業(yè)等方面應(yīng)用越來(lái)越普及。因此溫度檢測(cè)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用的研究有著非常重要的作用。

本文從軟硬件兩個(gè)方面設(shè)計(jì)了家用溫度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在結(jié)合溫度檢測(cè)與單片機(jī)的基礎(chǔ)上，深入研究并設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心的測(cè)溫系統(tǒng)。主要采用模塊化和層次化的理念，把溫度獲取、單片機(jī)計(jì)算以及LCD顯示系統(tǒng)性相結(jié)合。測(cè)溫系統(tǒng)以AT89C5251單片機(jī)最小系統(tǒng)為核心，DS18B20傳感器為測(cè)量元件，按鍵設(shè)定為輸入，通過(guò)LCD1602顯示構(gòu)成自動(dòng)化測(cè)溫控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度系統(tǒng)的精確監(jiān)控。

1 整體系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

溫度測(cè)量與控制系統(tǒng)的基本功能是要能夠完成對(duì)溫室內(nèi)溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè)、顯示并對(duì)不滿足計(jì)劃設(shè)定的溫度范圍，通過(guò)控制升溫或者降溫設(shè)備進(jìn)行控制以便保持室溫內(nèi)溫度的恒定，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)在以上這兩種情況下進(jìn)行溫度報(bào)警處理?？梢愿鶕?jù)所計(jì)劃的功能設(shè)定要求，初步得出測(cè)溫控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

本溫度智能管理系統(tǒng)采用的是STC系列中的STC89C52單片機(jī)的最小系統(tǒng)，其中輸入的控制部分主要包含溫度的測(cè)量和目標(biāo)溫度的設(shè)定兩個(gè)部分，其中溫度的測(cè)量主要是對(duì)溫室內(nèi)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集并把所采集到的溫度傳送給主控制單元;溫度的設(shè)定部分主要是根據(jù)溫室大棚內(nèi)所生長(zhǎng)的植物需要得相對(duì)恒定的溫度范圍進(jìn)行設(shè)定（包括溫度范圍的上限值和溫度范圍的下限值）。該系統(tǒng)的輸出部分包括溫度實(shí)時(shí)顯示、超范圍溫度的控制以及超范圍溫度報(bào)警以便提示工作人員。溫度顯示主要是把主控單元輸出的數(shù)據(jù)通過(guò)LCD1602液晶顯示出來(lái)，以便看工作人員觀察;溫度的控制部分主要是黨實(shí)時(shí)溫度不在所設(shè)定的溫度范圍內(nèi)時(shí)，通過(guò)控制外部降溫或者升溫設(shè)備絕對(duì)溫室進(jìn)行經(jīng)文或者升溫處理;溫度得報(bào)警電路設(shè)計(jì)主要是在實(shí)時(shí)溫度如果不在所設(shè)定的溫度范圍內(nèi)時(shí)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警提醒。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1? 主控制器電路

主控電路采用外STC89C52單片機(jī)，而單片機(jī)工作需要三個(gè)基本條件：接電路供電電源、接石英晶體振蕩器和按鍵復(fù)位電路以及把程序燒錄到單片機(jī)最小系統(tǒng)芯片中，如圖2所示。

圖2 STC89C52單片機(jī)最小化電路。STC89C52單片機(jī)的最小化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中只使用了單片機(jī)的一片集成化電路，這樣一來(lái)可以實(shí)現(xiàn)電路系統(tǒng)的低功耗、簡(jiǎn)單運(yùn)算控制等。

STC89C52單片機(jī)的主要功能因素有：與51系列單片機(jī)兼容;1000次擦寫壽命;正常工作的電壓為5.0V;全靜態(tài)工作：正常工作始終頻率為12MHz;3級(jí)程序安全加密保護(hù);具有2048位內(nèi)部RAM緩沖區(qū);

同時(shí)還擁有2×16個(gè)16位定時(shí)器或者是計(jì)數(shù)器;8個(gè)中斷源;具有低功耗的優(yōu)點(diǎn)以及掉電模式;此外內(nèi)部還具有看門狗保護(hù)電路。

2.2溫度傳感器

溫度傳感器采取DS18B20，其測(cè)溫監(jiān)控原理如圖3所示。從圖中可以看出溫度的上升和下降對(duì)低溫系數(shù)振蕩器的影響可以忽略不計(jì)，可以用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)進(jìn)而傳送給減法計(jì)數(shù)器（Subtraction Counter）;高溫系數(shù)振蕩器受溫度上升或者下降的影響很明顯，進(jìn)而所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)傳送給減法計(jì)數(shù)器2;圖中還有未畫出的計(jì)數(shù)門（Counting Gate），當(dāng)計(jì)數(shù)門處于打開狀態(tài)時(shí)，該溫度傳感器就會(huì)對(duì)低溫系數(shù)振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖進(jìn)行累加，這樣一來(lái)就可以完成一次溫度的測(cè)量周期。

2.3 液晶顯示電路

LCD液晶通過(guò)D0口進(jìn)行顯示，用單片機(jī)的P0.0口來(lái)顯示數(shù)據(jù)，J2是一個(gè)可以調(diào)節(jié)顯示數(shù)據(jù)亮度的可調(diào)電阻，液晶顯示模塊的電路如圖4所示。

LCD1602液晶顯示對(duì)于數(shù)據(jù)的讀寫方式以及對(duì)于屏幕亮度調(diào)節(jié)等的操作一般情況下可以通過(guò)程序的編寫來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中在默認(rèn)情況下1是處于高電平情況，0是處于低電平情況。

2.4 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊為了正確輸出由模擬的溫度值信號(hào)轉(zhuǎn)化得到的數(shù)字信號(hào)，DS18B20要加一個(gè)阻值為4.7K的上拉電阻R18。M2是一個(gè)蜂鳴器，其作用是當(dāng)水位低至一定值時(shí)蜂鳴報(bào)警。

2.5 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路

單片機(jī)內(nèi)部電路和其外部的一些元器件可以構(gòu)成一個(gè)時(shí)鐘電路（Clock Circuit）。單片機(jī)的中央處理單元中的所有操作都是在時(shí)鐘脈沖同步下進(jìn)行的。其中單片機(jī)內(nèi)部的振蕩器的振蕩頻率（Concussion Frequency）和晶振的時(shí)鐘頻率是非常接近的，一般情況下是在1.2MHz～12MHz之間，當(dāng)時(shí)鐘電路開始工作以后，如果在單片機(jī)的RST（復(fù)位）引腳上出現(xiàn)兩個(gè)或者兩個(gè)以上的機(jī)器周期處于高電平的工作狀態(tài)時(shí)，此時(shí)單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)。

2.6 電源模塊

本設(shè)計(jì)用到的電源僅為+5V的穩(wěn)壓電源，從成本及開發(fā)的周期來(lái)考慮故選擇為單電源。電路為輸出+5V的直流穩(wěn)壓電源，由濾波器、變壓器、集成穩(wěn)壓以及二極管整流橋構(gòu)成了該穩(wěn)壓電源。

3系統(tǒng)測(cè)試和實(shí)現(xiàn)

3.1 測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)試的抗干擾設(shè)計(jì)

（1）基于單片機(jī)測(cè)溫系統(tǒng)抗干擾的元件

在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的溫度管理系統(tǒng)中有許多的抗干擾電路的設(shè)計(jì)以及抗干擾的器件，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)目前應(yīng)用比較廣泛的抗干擾元件主要有去耦電容、抑制高頻的電感、自恢復(fù)保險(xiǎn)絲、防雷擊元器件等。

本文研究的基于單片機(jī)的測(cè)溫控制系統(tǒng)應(yīng)用到的元器件是去耦電容，它作為濾波電容可以濾掉來(lái)自電源模塊的高頻噪聲;也可以當(dāng)作儲(chǔ)能元件，吸收三極管導(dǎo)通或截止引起的電流變化，進(jìn)而可以降低噪聲影響。

（2）提高測(cè)溫系統(tǒng)抗干擾能力的主要方法

提高系統(tǒng)的抗干擾能力的方法有很多，針對(duì)本文研究的測(cè)溫控制系統(tǒng)的在硬件和軟件方面提高其穩(wěn)定性的方法主要有以下幾個(gè)方面：

在其硬件電路的設(shè)計(jì)中為增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，在抑制干擾源方面可以給繼電器線圈增加續(xù)流二極管，增加濾波電容以及在布線方面需要注意的細(xì)節(jié)等;在切斷抗干擾源的措施中需要考慮電源模塊對(duì)單片機(jī)的影響電路板中弱電荷強(qiáng)電的區(qū)分以及大功率元件單獨(dú)接地等;在提高敏感元件的抗干擾能力上考慮盡量減少回路環(huán)形的面積、對(duì)供電模塊進(jìn)行監(jiān)控處理等。在軟件設(shè)計(jì)中的抗干擾技術(shù)體現(xiàn)在本系統(tǒng)中的主要有軟件“看門狗”技術(shù)，主要是防止程序在運(yùn)行過(guò)程中不正常運(yùn)行或者失控。

3.2系統(tǒng)軟件測(cè)試與實(shí)現(xiàn)

在軟件程序的設(shè)計(jì)中，重要設(shè)計(jì)步驟有溫度上下限范圍的設(shè)定、對(duì)DS18B20采集到了數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、高溫和低溫報(bào)警并做出對(duì)應(yīng)的降溫和升溫措施以及實(shí)時(shí)顯示溫室中當(dāng)前的溫度變化等，通過(guò)一系列功能性的軟件編寫設(shè)計(jì)，軟件實(shí)現(xiàn)流程如圖5所示。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要可分為溫度讀取檢測(cè)子程序、LCD顯示子程序二大模塊。溫度檢測(cè)子程序主要是溫度控制，LCD顯示子程序的內(nèi)容主要有兩個(gè)方面，即溫度和方向顯示。當(dāng)通電后，液晶顯示器首先進(jìn)行初始化，經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)，然后開始顯示。

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了家用基于單片機(jī)的測(cè)溫系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，主要運(yùn)用AT89C52單片機(jī)、DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器、LCD1602液晶顯示屏來(lái)設(shè)計(jì)軟硬件的監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精確監(jiān)控，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)。

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【通聯(lián)編輯：光文玲】