数字恒温温度控制系统硬件设计与实现

西安交通大学城市学院 王 梅 丁 凰 赵 彩

数字恒温温度控制系统硬件设计与实现

西安交通大学城市学院 王 梅 丁 凰 赵 彩

本文根据日常生活及工业生产过程中对温度检测及控制的需求，设计了一种实时温度监控系统。该系统以

C8051F320单片机 DS18B20温度传感器 温度控制

数字恒温温度控制系统的设计，是为保证实现类似温室大棚温度维持在特定温度的应用，对于低碳排放，节约能源和环保有很重要的意义，以保证工作系统在稳定的状态下工作。本设计要求系统测量的温度的点数为4个。测量精度0.1℃测量，恒温控制范围为25℃～80℃。

一、系统分析

1.方案设计

图1 数字恒温控制系统方案框

本课题使用了C8051F320单片机作为控制核心，以智能温度传感器DS18B20为温度测量元件，采用一个温度传感器对温度进行检测，通过4×4键盘模块对正常温度进行设置，显示电路采用 LCD1602模块，使用ULN2803作为加温设备和吹风设备的控制。根据数字温度恒温控制功能的要求，并结合对C51系列单片机的资源分析，所以采用C8051F320单片机作为电路系统的控制核心。数字温度恒温控制系统的总体布局如图1所示。按键将设置好的温度上限和下限值传给单片机，通过温度显示模块显示出来。温度限制设置好后，单片机开始运行，温度传感器受控现场各点温度，并通过一定的数字算法计算现场有效温度值，如果低于下限温度，则启动加热设备，并发出报警；如果高于上限温度，则启动吹风设备，并发出报警信号。如此循环反复以达到恒温控制的目的。

2.功能模块。根据上面对工作流程的分析，系统软件可以分为以下几个功能模块：

（1）键盘模块：通过键盘可以设置工作环境的上下温度限值。

（2）LCD显示模块：显示设置上下限温度值及当前采集温度。

（3）温度传感器：采集温度（只实现一个温度传感器作用）。

（4）温度控制模块：根据采集温度值和运算结果，确定加热、冷却或保持。

（5）报警器：当采集的温度越限时报警。

（6）加温、吹风设备：根据判断对当前环境进行加温、冷却。

二、系统的硬件设计

1.温度采集电路设计。数据采集电路如图2所示，由温度传感器DS18B20采集被控对象的实时温度，提供给P2.5口作为数据输入。本次设计中所控的对象为所处环境，作为改进，我们可以把传感器与电路板分离，由数据线相连进行通讯，便于测量多种对象。

图2 单片机与温度传感器DS18B20的连接图

2.键盘电路设计

本系统有重新设定上下限的功能，故需要键盘来键入。我们采用16个键的键盘通过按下不同的按键可实现实时显示温度和刷新温度限值。

如图3所示，键盘的硬件线路，P1.0～P1.3这4根口线形成列线，P1.4～P1.7这4根口线形成行线。行列交叉点上安置按键，列线还接在4与门的输入上，4与门的输出接到单片机的外中断INT0引脚上。每当有一个键按下时，软件能识别。

图3 4X4键盘硬件电路图

3. LCD显示电路。LCD1602与单片机的连接如图4所示。

温度检测系统中，C8051F320单片机的并口P0与LCD1602的8位双向数据线相连接，通过并口输入或输出数据或指令，从而实现温度显示功能。

图4 液晶显示电路图

读状态输入：RS=L，RW=H，E=H写指令输入：RS=L，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0～DB7=指令码

读数据输入：RS=H，RW=H，E=H

写数据输入：RS=H，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0～DB7=数据

把8根数据线和P1口连接，把3根控制线和P3.5、P3.6、P3.7连接。给VCC端加上+5V的电压，GND端接地。VEE端的驱动电压不要过大，要调节滑动变阻器使VEE在0.7伏以下显示器才能工作。

4.报警电路设计。本设计采用了蜂鸣器报警系统。对于采集到的温度进行判断，如果通道1的温度高于设定的温度，则蜂鸣器以“嘀”一声报警，并且驱动吹风设备，对当前环境进行降温处理；如果是通道2的温度低于设定的温度，则蜂鸣器发出“嘀嘀”两声的声音报警，且驱动加热设备，对当前环境进行升温处理，驱动电路如图5所示。

ISSN2095-6711/Z01-2015-10-0261

C8051F320单片机为控制核心，利用DS18B20温度传感器对温度进行检测，通过继电器控制加热及吹风设备，从而实现了对温度的实时检测和自动控制。另外，该系统还具有良好的人机交互界面，检测的实时温度可以同步显示，用户可以手动设置温度报警的上下限值，当检测温度越限值时就会发生报警。