基于STC15单片机的分布式温度控制系统设计

张威

（淮南联合大学　教务处，安徽　淮南　232001）

基于STC15单片机的分布式温度控制系统设计

张威

（淮南联合大学教务处，安徽淮南232001）

以提高厂房的实际温度控制效率为目的，本系统选用STC15系列单片机为主控芯片，DS18B20为温度信息采集器，运用485总线的通讯方式，简单灵活的组态形式，高效简洁的控制方法，实现了对实际温度的有效控制.首先介绍了控制系统的主要芯片，然后详细阐述控制系统硬件组成和软件设计，最后分析了本文设计的温度控制系统在实际的过程控制中应用效果，并提出了以单片机为核心的温度控制系统在实现应用中的有效性与合理性.

STC15单片机；485总线；温度传感器

随着制造业的不断发展，各种企业厂房越来越多，但由于工作车间通常容易温度过高而不利于工作，因此精确的温度测量及有效的控制变得愈发重要，需要根据实时温度高低来控制通风机换气.面对实际中的具体应用要求，就需要一种简单、方便、灵活、高效的智能温度控制系统实现对温度的有效控制.基于单片机的温度控制系统具有组态简单、控制灵活、易于维护的优点，在实际的应用中效果显著，必然会有很好的应用前景.

1　芯片介绍

主控芯片选择是整个系统设计的关键，它不仅要满足大内存、高速率等要求，同样要求具有良好的通用性以及低廉的价格.单片机是集CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统等多个部件于一体的一套完整的片上系统，体积虽小但功能强大.系统选择STC15F2K60S2作为主控芯片，它是宏晶科技的最新1T单片机，无需要外部晶振和复位电路、片内超大SRAM、超强抗干扰能力、超低功耗，能够满足系统的需求.

DS18B20是Dallas公司的一款数字温度计，它能提供9位（二进制）温度数值.DS18B20的信息输入与输出经过同一根连接线，因此它与单片机之间的连接只需要一根数据线，电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源.每一个DS18B20都设定有一个全球唯一的序列号，因此可以将任意多个DS18B20连接到同一条总线上.由于它具有体积小巧，接口方便，传输距离较远等明显优势，因此选用DS18B20为本系统的温度信息采集器.

485总线相比232具有布线简单，稳定可靠，有更远的通信距离，具有抑制共模干扰的能力，是工业上用来控制电机最常见的一种总线.MAX485 是Maxim公司的一款常用的RS485转换芯片，其中5脚和8脚是电源引脚，1脚和4脚分别接到单片机的RXD和TXD引脚上即可，直接使用单片机UART进行数据接收和发送.

2　温度控制系统硬件设计

2.1硬件电路的开发

本文以5路温度传感器DS18B20采集5路温度值为例，搭建出一个小的分布式控制系统模型.主机和从机的信息处理均由STC15单片机来完成，包括信息的传送控制、信号的分析处理、人机界面的显示.每个从机实现一路温度的采集，采集得到的温度值实时显示在从机的液晶屏上，同时将温度值经485总线传输给主机，主机上能实时显示出5路温度值.每一路从机同时控制一台交流风机，通过对温度的设定对比分析，智能调整风机的风速.在实际的应用中，可以加上一些例如键盘、报警器等外围设备，方便对设定的温度值进行调整，对特殊情况提示预警，进一步完善整个系统.

2.2系统框架

整个系统框架由主机和从机两大部分组成，如图1所示.主机要完成对整个系统各项参数的设定，以及实时处理信息的显示.从机则主要由温度采集模块、液晶显示模块、从机控制器模块、交流风机驱动器模块和交流风机5个部分组成.温度采集模块要完成实时温度信息的采集与转换，形成数字量温度值，由从机单片机进行处理后显示在液晶屏上，同时将温度值经485传递至主机进行处理并显示在主机液晶显示屏里.在实际的控制中，检测的温度值送给单片机与设定值进行对比，当发现厂房某个区域的温度偏高与事宜温度时，单片机控制交流驱动电路调高风机排风速度；当发现厂房某个区域的温度偏低与事宜温度时，单片机控制交流驱动电路调低风机排风速度，进而实现对厂房温度实时动态的控制.

图1　系统硬件框图

3　温度控制系统软件设计

控制系统的软件主要是采用C语言编写，通过编程设定实现对各个功能模块的控制.程序分为两部分:主机程序（图2所示）和从机程序（图3所示）.

主机上电后程序先对各功能模块进行初始化，然后用循环查询的方式不断调用读取温度、处理温度、显示温度、键盘扫描等程序模块.5路从机将DS18B20采集来的温度值经485总线传输给主程序进行处理，主程序主要完成对参考值的设定和各从机温度信息的收集与显示，根据具体情况调用各个功能模块.

图2 主机程序流程图

图3　从机程序流程图

从机在刚上电时，先对进行串口和液晶屏模块初始化.每间隔0.5S接收由主机发送来的一次命令，从机根据串口标识符判断是否是自己的中断命令，如果是就将标志位flag置1，而后从机就不断的调用温度采集程序读取数字温度值，并向主机传输.同时根据相应的温度值与设定值做对比，按照具体情况做相应的处理.

4　分析与总结

本文设计的基于STC15单片机的温度控制系统，具有研制成本低、精度高、可靠性强、操作灵活、可扩展性强的特点.经过实际的应用验证，控制系统能够实时高效的检测到环境温度的变化.由于明确的控制逻辑使得系统精确稳定，高性能、低功耗的单片机为系统提供的有力的保障.说明单片机控制系统在现实的工业生产中是非常实用的，具有很强的推广价值和较好的应用前景.

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