基于NTC（10k）的温度控制系统设计与仿真

张建胜，王丽娟

（ 湖南文理学院 电气与信息工程学院，湖南 常德　415000 ）

基于NTC（10k）的温度控制系统设计与仿真

张建胜，王丽娟

（ 湖南文理学院 电气与信息工程学院，湖南 常德415000 ）

基于16位低功耗单片机MSP430G2553与负温度系数电子元件NTC（10k）的温度控制系统，涉及温度检测、电压转换、显示、报警、执行等电路设计，经Multisim仿真显示，温控系统稳定可靠。

单片机；NTC（10k）；温度控制；Multisim

0　引言

在花卉园艺、农业作物等温室、大棚种植领域中，温度是非常重要的物理量，对于温度的控制显得极为关键，不同作物在其不同的生长期所需要的温度也不尽相同，且要求稳定在一定的范围内。

1　概述

温度计通常用来测量温度，通过人工加热、通风、降温设备来控制温度，控制精度低、实时性差，操作人员劳动强度大是其弊端。采用NTC（10k）热敏电阻器测温，由ADC0804精确转换后，与低功耗单片机MSP430G2553直接相连，将被测温度转换为数字信号，最大线性偏差小于0.02℃。

2　硬件设计

图1所示为温室温度控制系统框架，图2所示为温控系统原理，包括温度检测和电压采集电路、温度显示电路、执行电路、报警电路。

图1　系统总框

图2　温度控制原理

2.1 温度和电压检测

通过热敏电阻NTC（10k）检测温室温度的变化，采集热敏电阻NTC（10k）两端的电压变换，通过MSP430G255内部自带A/D转换成数字信号，提供单片机处理，单片机接收到信号后，与设定温度进行比较，判断是否打开交流电机。

2.2 温度显示

温度显示电路采用LCD12864作为显示模块。LCD12864以串行传输方式将单片机指令及数据传输给显示器，从而达到目标文字的显示。P2.2接LCD12864的数据/命令选择端（H/L）， P2.3接LCD12864的读/写选择端（H/L）（串数据口）， P2.4接LCD12864的使能信号（串行同步时钟信号）。LCD12864的时序如图3所示。

图3　LCD12864时序

2.3 执行电路

当检测到温度超出设定的正常温度范围时，三极管导通，继电器常开触点闭合，打开交流电机，驱动降温风机或打开顶层遮阳布，三极管的基极接单片机的P2.0口。电路原理如图4所示。

图4　执行电路原理

2.4 报警电路

报警电路由三极管和小扬声器组成，当温度高于上限或低于下限时，P2.5口输出驱动信号，推动扬声器发出报警声。电路原理如图5所示。

图5　报警电路原理

3　软件设计

系统软件设计包括主函数和显示函数、模数转换的初始化和数据处理函数、报警函数。

温控系统进入执行时，单片机先行复位，对温度进行循环检测，与基准温度（温度上、下限值）进行比较和判断，按照返回条件的不同进行相应处理。温室温度符合条件后再进行检测。

温度大于上限值，打开降温风扇，拉上遮阳布，进行降温处理；

温度小于下限值，关闭降温风扇，打开遮阳布，启动报警，进行保温处理。

主函数程序流程如图6所示。

图6　主函数程序流程

4　仿真分析

Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。采用该软件对温控系统进行仿真测试，结果如下。

温度处于正常范围内，三极管截止，继电器的常开触点断开，交流电机无动作，输出波形接近于零的直线，如图7所示。

温度高于上限或低于下限时，微处理器P2.5口输出驱动信号，推动扬声器发出报警声，如图8所示。

图7　温度属于正常范围内仿真

图8　系统报警仿真

检测的温度超出设定正常温度范围时，三极管导通，继电器常开触点闭合，打开交流电机，驱动降温风机或打开顶层遮阳布，如图9所示。

温度从超出上限值下降到正常值时，输出电压开始下降，至三极管截止，交流电机关闭，如图10所示。温控系统正常状态下仿真，如图11所示。

图9　温度升高时温控系统输出仿真

图10　温度下降时，温控系统输出仿真

图11　温控系统正常状态下仿真

5　结论

利用16位低功耗单片机MSP430G2553与负温度系数电子元件NTC （10K）设计精准度较高的硬件和软件电路，经Multisim仿真验证，温度变化时候达到稳态时间较短，变化幅度小，超调量较小，稳定精度高，运行平稳，实现了无偏差跟踪。系统功能完善，具有较好的稳定性。

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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

张建胜（1993-）男，大学本科在读，专业：建筑电气与智能化。