基于单片机的室内测温控制系统设计
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作者:侯佳亮 张涛 卢涵宇
摘要：随着计算机和物联网技术的快速发展，人们对室内温度控制的要求越来越高。本文设计的室内测温控制系统，以AT89C52芯片为核心，采用单片机、DS18820传感器为测量元件，按键设定为输入，通过LCDl602显示构成自动化测温控制系统。应用定值开关算法及温度控制系统软件，最终实现对室内温度的精确实时监测和自动调控。
关键词：AT89C52;DSl8820温度传感器;LCD1602;温度控制
中图分类号：TP311 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2020）13-0242-03
温度是反映物体或者环境的冷热程度，随着科技的进步和人们生活水平的不断改善，温度自动检测与控制在工农业等方面应用越来越普及，比如在智能家居中温度的自动调节，蔬菜大棚智能温室等。因此室内温度检测系统的广泛应用也逐渐成为研究热点。
本论文设计在结合温度检测与单片机功能的基础上，设计以单片机为核心的测温系统。主要采用模块化和层次化的理念，把温度获取、单片机计算以及LCD显示系统性相结合。测温系统以5l单片机最小系统为核心，DSl8820传感器为测量元件，按键设定为输入，通过LCDl602显示构成自动化测温控制系统。从而实现室内温度的实时监控以及超过（低于）设定温度时并进行自动报警，同时可以控制其他升温（降温）设备系统，以此来维持室内温度的恒定。
1整体系统电路设计
基本单片机的室内测温控制系统设计共有六大电路部分：主控电路、温度测量电路、温度显示部分、温度设定电路、温度控制电路、温度报警电路。系统的整体设计框图如图1所示。主控部分采用AT89C52单片机作为主体，编程控制硬件电路，实现自动检测参数指标。溫度测量电路主要进行温度的检测，温度的测量主要是对温室内的温度进行实时的采集，DS18820芯片把所采集到的温度传送给主控制单元;温度的设定部分主要是根据室内所需要。
需要的相对恒定的温度范围进行设定（包括温度范围的上限值和温度范围的下限值）。温度显示电路主要是把主控单元输出的数据通过LCDl602液晶显示出来，以便看工作人员观察;温度的控制部分主要是实时温度不在所设定的温度范围内时，通过控制外部降温或者升温设备绝对室内进行经文或者升温处理;温度的报警电路设计主要是在实时温度如果不在所设定的温度范围内时会自动发出报警提醒。
2主要硬件设计
2.1主控电路
主控电路的硬件连接比较简单，可以利用单片机的引脚口P1、P2、P3中的任意一个接口与单总线连接起来从而实现双向数据传输，同时还可以通过转换器串行口使单片机与和计算机相连接，这样一来便可以是实现温控系统与Windows操作系统之间进行软件管理。
单片机工作需要三个基本条件：接电路供电电源、接石英晶体振荡器和按键复位电路以及把程序烧录到单片机最小系统芯片中，如图2所示。
STC89C52单片机的最小化系统的设计中只使用了单片机的一片集成化电路，这样一来可以实现电路系统的低功耗、简单运算控制等。
单片机通常情况下在每次正常的开机或者工作过程中处于非正常工作状态时，都需要对系统进行初始化操作，以便中央处理单元（CPU）和其他的功能性部件都处于一个确定话的初始状态，在并在此以后按照这个状态开始后续的工作。从单片机的工作电路原理中可以看出单片机或者其最小系统的复位工作都是需要外部电路进行实现的。其中原理为当时钟电路开始工作以后，如果在单片机的RST（复位）引脚上出现两个或者两个以上的机器周期处于高电平的工作状态时，此时单片机可以实现初始化状态。
2.2温度测量电路
本设计采用DSl8820温度传感器芯片。该芯片的内部结构如图3所示。该传感器主要有三部分组成，分别为64位的闪存ROM、温度传感器以及非易失性温度报警触发器（Non-vola-tile Temperature Marm Starter）TH和TL。这种智能传感器的供电方式没有太多的限制，既可以通过寄生供电（Parasite Power）也可以通过外部电源（+5V）另外供电。如果是在寄生供电的情况下，在总线处于高电平时DSl8820便可以从总线上获得能量存储到自己内部电容上，当总线处于低电平时，便可以有自己内部电容为其供电。
2.3温度显示电路
本测温控制系统的显示主要是体现在实时检测温度变化范围以及与温度相关数据的显示。由于LCD液晶显示不仅可以显示数字，还可以显示文字、图形等，而且背光的亮度也是可调节以便达到节能的标准。因此在本设计中研究的温控电路设计中显示模块使用的是LCD1602液晶，系统的显示电路可以用来显示DS18820采集到的周围环境或者物体温度的实时温度和相关数值等。温度显示电路如图4所示。
2.4温度控制电路
温度控制模块包含：降温电路和升温电路二个子模块。降温电路的设计中主要是由NPN三极管、继电器、降温模拟风扇等元件组成。三极管的集电极通过一个单向导通的二极管接的是+5V的电压源，基极是通过一个电阻（R6）和单片机的P1.5口相连接，三极管的发射极接地，而在二极管D2的两端并联一个继电器，继电器的作用是控制降温风扇对温室内的温度进行降温处理。通过这样的电路设计可以对室内进行通风，以便达到降温的目的。
升温电路的设计中同样也是由NPN三极管、控制继电器、模拟升温加热丝等组成。三极管的集电极通过一个单向导通的二极管接的是VCC电压源，基极是通过一个电阻（R7）和单片机的P1.6口相连接，三极管的发射极接地，而在二极管D4的两端并联一个继电器，继电器的作用是控制升温加热丝对温室内的温度进行升温处理。通过这样的电路设计可以对室内进行升温处理。
2.5温度报警电路
本温控系统的报警电路设计主要是由PNP三极管、限流电阻和LED发光二极管组成。其中PNP三极管的发射极接的是+5V的电压源，三极管的基极可以通过一个1K的电阻和单片机的P1.3口以及P1.4口相连接，三极管的集电极可以接地。通过这样的电路设计可以实现温度报警的目的，温度报警的电路如图5所示。
本温控系统所设计的温度报警电路的主要工作方法是：当DSl8820传感器所获取的实际温度在所设定的温度范围之内时，对应于单片机P1.4口输出的是高电平，此时PNP三极管的发射极和基极之间是不会导通的，因此发射极和集电极之间不能构成回路，报警指示灯也就不会被点亮;同样的道理，如果被测量的温度不在所设定的范围之内（高于设定温度范围的最大值或者低于设定温度范围的最小值），此时单片机对应的I/O引脚便会输出低电压，PNP三极管的发射极和基极之间便会被导通，此时控制发射极和集电极之间的回路也会被导通，对应的报警指示灯会被点亮。
2.6电源模块
本设计电源模块通过电路设计可以给系统中的各个元器件进行供电，以保证系统的正常运行。电源电路如图6所示，供电电路由滤波器、变压器、集成稳压以及二极管整流桥构成了该系统稳压电源电，可以提供稳定而且合适的电能。
3系统测试和实现
本系统的软件设计主要分三大模块：系统主程序模块、温度采集模块程序、LCD1602显示驱动程序模块。系统需要完成对各接口芯片的初始化，设置启动/清除标志寄存器、显示寄存器和语音寄存器，并对它们进行初始化，还需要中断向量的设计以及开中断、循环等待等工作，温度检测子程序主要是温度控制，LCD显示子程序主要是温度显示和报警。系统主程序流程图如图7所示。
4结论
本文设计了基于单片机的室内温度测量控制系统，系统包含AT89C52单片机、DS18820数字温度传感器、LCD1602的显示电路、温度设定电路等电路，系统中选择定值开关控制法、PID线性温度控制法和智能温度控制法进行搭配组合，实现对水温的精确监控基于系统操作简单，实用性强。
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