基于单片机的智能家居温度控制系统设计*

邓云积，刘 尧，吴遥远，罗 行，张 翠，黄雄伟

（六盘水师范学院，贵州 六盘水 553004）

温度控制的良好与否对生产生活具有很大的影响。温度控制不仅仅局限在生产过程中，生活中的方方面面都离不开温度控制，例如居室、教学办公楼等地方都需要合理地控制温度，因此，温度的采集、检测、控制在生产生活中有着积极的作用，不但提高了工作效率，而且起到了节约资源的作用。

1 工作原理及优势

1.1 单片机温度控制的工作原理

使用单片机温度控制的基本工作原理：通过单总线的智能数字AM2311 温湿度复合传感器将温度信息测量出来，单片机借助传感器作为载体，扩大传感器收集的温度信息，并把扩大的温度信息直接传递到电路中，再经过转换，将温度信息变成电压信号，弱电进行扩大，传至单片机，对其进行自由地调控和处理，再将采集的信号进行转化形成数字信号，最终传输到主机中，对温度进行调控[1]。在对数字信号过滤之后，将其转换成不同的标度，进而在1602LCD 液晶显示器的屏幕中呈现出来[2]。

1.2 单片机温度控制的优势

以STC12C5A60S2 单片机为设计核心，与传统8051 单片机相比较，其速度、抗干扰能力等都优于传统8051 单片机。STC12C5A60S2 单片机具有性价比高，系统之间的相互协调程度好，灵活性好，方便控制，功耗低、省电，组态简单等优点。作为温度控制的核心，STC12C5A60S2 单片机是一款不错的选择，其指令代码兼容传统8051 单片机，且数据采集所需的单元模块和数据控制中所需的单元模块几乎包括在内，因此，使用单片机进行温度控制，可以大幅度的提高被控温度的技术指标和精度，从而提升了工作效率，有利于人们的生活更加安逸舒适。

2 温度控制系统电路设计

2.1 整体系统设计

温度控制系统的整体设计，以STC12C5A60S2单片机为控制核心，智能数字AM2311 温湿度复合传感器、降温继电器、1602LCD 液晶显示器、加热器等辅助器件组成。其温度检测采用了通信技术、控制技术等。首先，对温度进行采集，可用智能数字AM2311 温湿度复合传感器来完成，当数据采集完成后，温度采集电路把检测到的温度数据以数字量的形式传给单片机；其次，单片机采集传感器数据，把数据显示在1602LCD 液晶显示器上，并参照模糊控制算法，将检测到的温度与用户设置的温度值进行计算，得到实时控制量；最后，若采集得到的数据超过给定范围，LED 灯将在单片机的控制下闪烁发出报警信号[3]，进行报警。

2.2 温度采集电路传感器的介绍

智能数字AM2311 温湿度复合传感器具有卓越的品质，可用于测试以及检测，其灵活性较高，应用领域广泛，常应用在家电或者其他需要检测相关温湿度的控制领域。它不仅体积小、功耗低，还能够完全互换，在工作时表现出超强的抗干扰能力，因此在各类场合中被使用，甚至在极为严苛的场合，它都能成为最佳的选择。

2.3 温度显示电路

温度显示电路主要是显示设定目标温度范围和现场检测到的温度数据，其电路图见图1。1602LCD 液晶显示器的功耗低，运行时散热量小，工作时电压低，具有较强的交互性。因此在该设计研究的温控电路中借助1602LCD液晶显示器作为显示模块，能够达到较强可读性且修改便捷，系统的显示电路可用来显示传感器采集的周围环境温度或者物体的实时温度和相关数据等[4]。

图1 温度显示电路

2.4 温度控制参数设置

根据被测对象所需的温度设置一个范围，既可以实现对温度的实时监测和显示，还可以对温区进行设定，确保可以将温度控制在所设定温度的范围内。判断温度是否越界：将所测的实时温度与设定的极限温度进行比较，若温度越界，则判断是越过了最小值还是最大值，并且当温控系统处于开启状态时，越过最小值启动对应设备进行了加热，越过最大值则启动制冷[5]。

2.5 温度控制电路

温度控制模块包含有升温控制电路和降温控制电路两个子模块。

升温控制电路的工作原理为：当采集的温度值过低时，单片机向连接端口输出低功率电压，此时电路开启升温控制模式，相应的加热器件开始工作，直到温度上升到用户指定的范围内，升温电路模块完成升温控制。当所测温度未越界时，电路不进行任何的加热或降温操作。

降温控制电路的工作原理和加热控制电路工作原理大体一致，区别在于端口的连接设备中加入了风扇[6]（加入风扇的目的：风扇开始工作，此时加快气体分子的运动，风速得以提高，让室内空气对流，从而达到降温的目的）。

降温控制电路的工作原理为：当采集的温度值过高时，单片机向端口输出低功率电压，内部配备的风扇开始运行，完成降温工作，当温度降到目标温度范围，降温设备将自动停止运行，电路完成降温模块的工作。当温度被控制到用户设定的范围时，电路完成了降温和升温两个电路模块的控制。

2.6 报警指示电路设计

报警指示电路采用的电子元器件有：PNP 管、限流电阻、LED 显示管，报警指示电路图见图2，其电路特点：在报警电路中对其温度设定了临界值（最高温度值和最低温度值）。现场采集的温度要介于最高值和最低值之间，报警指示电路不工作，若温度越界则开始工作，因此为了控制目标温度范围，需要设计一个越界报警装置，当现场采集到的温度不在目标温度值内时，不论是高于最高值还是低于最低值，LED 灯均闪烁报警进行提醒。在此报警电路中，指示灯一端连接的是电源，另一端连接的是单片机口[7]。

图2 报警指示电路

3 结论

该设计使用STC12C5A60S2 单片机温度控制的多模块（采集、显示、控制） 运行，实现了对室内温度的智能控制，提高了系统的整体工作效率。为了满足使用者对温度控制的要求，让生活可以更智能化，用户可以根据自身需要，对温度进行目标设定，通过系统内多任务运行模块的实现，系统将温度自动调节到给定温度范围内，进而满足用户的使用要求。该设计的特点是性能稳定，在一定程度上节约了资源，可靠性高，符合当代科技发展的形式，拥有一定的实用价值。