基于STC单片机的温度调控系统设计

辽宁工业大学电子与信息工程学院　赵子龙　郭延锋　张　彭　卢小辉



基于STC单片机的温度调控系统设计

辽宁工业大学电子与信息工程学院赵子龙郭延锋张彭卢小辉

【摘要】主要是对以STC单片机为主控制单元和以温度测量单元构成的单总线数字温度传感器DS18B20进行研究。该系统可以设定温度上、下限，并显示检测温度，监测实时数据。如果温度超过设定的上限或下限温度，报警系统将依照事先设置的参数来实现自动控制，达到一定范围内温度的监测与控制。

【关键词】温度采集；DS18B20；STC单片机；超温报警电路

0　引言

随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，在工业生产和日常生活中，对温度控制系统的要求，主要是保证温度在一定温度范围内化，稳定性好，不振荡，对系统的快速性要求不高。在论文中分析了单片机温度控制系统设计过程及实现的方法。系统的测温范围为-20℃～40℃，温度检测系统根据设定的温度范围完成一定范围的温度控制。

系统设计了相关的硬件电路和应用程序。硬件电路主要包括STC单片机最小系统、实时时钟电路、测温电路、LCD液晶显示电路、超温报警电路以及通讯模块电路等。应用程序主要有主程序，按键处理程序、DS18B20通信程序、LCD显示程序以及数据存储程序等等。DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用3线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。以单片机为核心的温度采集过程与控制系统的研发应用在很大程度上提高了我们生产生活中对温度的控制水平，经过测验得知本次设计的系统是正确的，可行的。

1　温度控制原理

用户通过键盘输入设定的温度上限值与下限值，温度信息由集A/D转换和温度测量于一体的DS18B20温度传感器测量并且转换成数字信号,输入到主机，此信号经过标度转换后，通过LCD液晶屏幕将温度显示出来；当测得的温度超过上限时，蜂鸣器报警并且采取降温措施，低于下线时采取加热措施。这样就可以控制输出设备，实时调节温度的变化了，使其逐渐趋向给定范围且达到控制的目的。

2　系统硬件设计

系统的硬件结构主要由按键扫描与系统总体显示电路、温度检测电路、报警电路、输出控制电路等其他部分组成。

2.1温度检测及控制电路部分

系统中温度检测电路是选用美国DALLAS公司生产的数字温度传感器DS18B20实现的。该器件在使用中不需要外围元件，与单片机交换信息仅需要一根I/O线。在此次设计的温度控制系统中，采用的是多路测温电路，所以DS18B20温度传感器与主控单片机的连接方式如图1所示。DQ管脚为数据线与STC的P1.2连接。DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而提高了干扰能力。在DS18B20内部，可编程的分辨率为9～12位，温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒。当用户需要的时候，DS18B20将通过单线接口串行发送数据。

图1　温度传感器与主控单片机的连接

2.2LCD显示模块

LM016L液晶模块（如图2所示）采用HD44780控制器，HD44780具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动，闪烁等功能。LM016L与单片机MCU通讯可采用8位或4位并行传输两种方式。HD44780控制器由两个8位寄存器、指令寄存器（IR）、数据寄存器（D）、显示数RAM（DDRAM）、字符发生器ROMA（CGOROM）、字符发生器RAM（CGRAM）和地址计数器RAM(AC)组成。

图2　LM016L液晶模块电路连接图

3　系统软件设计

主要是DS18B20以及LCD液晶屏的子程序编写。DS18B20的主要数据原件有：64位激光Lasers ROM，温度灵敏原件和非易失性温度报警触发器TH 和TL。DS18B20可以从总线获取电源，当信号线位高电平时，将能量贮存在外部电容器中；当单信号线为低电平时，将该电源断开，直到信号线变为高电平重新接上寄生（电容）电源为止。LCD液晶屏的子程序编写主要是屏幕的初始化以及显示部分数字值以及符号程序的设计，流程图如图3所示。

4　系统总体方案论述

本设计中的主控制元件使用的是STC单片机，温度传感器使用的是DS18B20，在本文中重点介绍了STC单片机和DS18B20传感器的特点及用，为硬件电路的设计和测试程序设计做好了基础准备。对控制系统中的各个单元模块的电路连接和程序运行流程图都做了详细介绍，主要涉及了单片机控制系统、温度传感器系统、按键系统、显示系统、报警系统的设计等。系统设计的程序都使用C51编写的，并在KeilC编译环境下运行通过且经由STC公司的STC-ISP软件下载到系统中的。主要包括DS18B20初始化、读、写程序，LCD显示程序，报警程序等等。测试通过，系统设计成功，可以满足基本的数据采集要求。在设计实验的过程中，通过采用先分块设计，再整体调试的方法，实现了各个击破。

图3　软件设计流程图

5　结语

此设计是以一种STC单片机为主要控制单元、通过DS18B20传感器实现温度控制的系统。该系统可以实时检测相关的温度数据并记录当前的时间。其主要特点是：实用性强、设计简单、灵敏度高，并具有一定的推广性，对下一代温度控制系统具有借鉴和引导作用，通过实物制作证明了可行性和有效性。

参考文献

[1]彭伟.单片机C语言程序设计实训100例——基于8051+Proteus仿真.[M].北京:电子工业出版社,2009.

[2]王忠飞,胥芳.MCS-51 单片机原理及嵌入式系统应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2007:268-273.

[3]王小飞,袁涛,张铁冰.铂电阻测温仪的设计与实现[J].电子技术应用,2005(09).

[4]江孝国,王婉丽,祁双喜.高精度PID温度控制器[J].电子与自动化,2010(05).

[5]金伟正.单线数字温度传感器的原理与应用[J].电子技术与应用,2000.

[6]李钢.1-Wire总线数字温度传感器DS18B20原理及应用[J].现代电子技术,2005.

赵子龙（1994—），男，甘肃天水人，大学本科，现就读于辽宁工业大学。

郭延锋（1971—），女，河北涞源人，硕士研究生，辽宁工业大学副教授。

作者简介：