基于AT89S52的溫度控制系統設計

倪文彬，王榮林

（南京理工大學 泰州科技學院 機械工程學院，江蘇 泰州225300）

0 引 言

現代溫度控制系統發展的主流方向是智能化、集成化，溫度控制系統已應用于生活的各個方面。物理、化學、生物等學科都離不開科學技術中最基本的物理量之一的溫度。而在工業生產和實驗研究中溫度常常是表述對象以及過程狀態的最重要的參數之一。因此，現在各行各業對于溫度控制的要求越來越高。本文利用AT89S52單片機為控制核心和傳感器構建了一套完整的溫度控制系統，可實現連續可調的溫度控制 ，并對該系統的性能進行了測試和分析。

1 方案簡介

本系統要求對散熱片表面溫度進行快速準確穩定的控制及顯示，系統通過控制水泥電阻和風扇的兩端所加電壓的占空比及通斷時間對散熱器進行加溫和降溫。當目標溫度高于實測溫度時，給水泥電阻兩端加電壓來使金屬散熱器快速升溫，通過預先設定的算法算出當前溫度與目標溫度的預定差值，當到達此差值時，停止對水泥電阻加熱，并且開啟風扇以減小超調量。同理，當目標溫度低于實測溫度時，用風扇給金屬散熱器進行降溫。在實測溫度快到達目標溫度附近時，通過調節風扇和水泥電阻各自兩端所加電壓的占空比，使金屬散熱器溫度基本恒定在目標溫度。

2 單片機系統硬件設計

單片機系統主要包括矩陣鍵盤輸入電路、LCD顯示電路、溫度采集電路、電扇驅動電路，其硬件結構如圖1所示。

圖1 單片機系統硬件結構圖

2.1 矩陣鍵盤輸入電路

本系統采用4×4矩陣鍵盤設計，即將I／O接口線的一部分作為行線，另一部分作為列線，按鍵設置在行線和列線的交叉點上，行列線分別連接到按鍵開關的兩端，當鍵按下時，兩導線連通。由于每個行號和列號都不同，每個按鍵都按行列號賦予了一個鍵值，所以只需占用8個I／O就可實現16個按鍵的輸入識別，該16個按鍵可用于數字輸入以及運行參數修改。

2.2 LCD顯示電路

本系統采用的是LCD1602液晶，該液晶顯示的內容為16×2，即可以顯示兩行，每行16個字符。1602液晶模塊內部的字符發生存儲器（CGROM）已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，每一個字符都有一個固定的代碼，因此可以很方便地實現本系統需要顯示的參數。

2.3 溫度采集電路

本系統中采用溫度傳感器DS18B20采集金屬散熱器表面溫度。DS18B20具有超低的硬件開銷，數據端輸出為數字量，可以直接將采集到的溫度信號轉換成數字信號直接送入單片機，其電路設計圖如圖2所示。

圖2 溫度采集電路

2.4 驅動電路

設計中用達林頓管TIP122構成驅動電路，來驅動水泥電阻和風扇。TIP122基極接一電阻再接至單片機的一個I／O端口，通過端口送1或送0使得達林頓管導通或截止，從而開通或關斷負載，電路設計圖如圖3所示。

圖3 驅動電路

3 軟件設計

系統軟件設計流程如圖4。溫度控制流程如圖5。

4 產品性能測試與分析

4.1 測試方法

圖4 主流程圖

圖5 溫度控制流程圖

（1）使用一個散熱片將溫度初始值設為35℃，然后分別設定溫度值為3 5℃、4 0℃、5 0℃、6 0℃、70℃、80℃、90℃、100℃，在LCD上觀測溫度的超調量、穩定后的最大正負誤差和到達穩定狀態的響應時間，并記錄下相應數據。

（2）在原散熱片的基礎上再加一散熱片，同樣進行溫度測試。

4.2 測試結果

系統測試結果如表1，表2所示。

表1 一片散熱片，不同溫度穩定后的最大波動

表2 再加一片散熱片，不同溫度穩定后的最大波動

5 結束語

基于AT89S52的溫度控制系統，實現了連續可調的溫度控制，對散熱器表面溫度能準確顯示，控制誤差小于1%。

［1］ 李曉妮.單片機溫度控制系統的設計［J］.九江學院學報（自然科學版），2005，（02）：20－23.

［2］ 趙 娜，趙 剛，于珍珠，等.基于51單片機的溫度測量系統［J］.微計算機信息，2007，（12）：146－148.

［3］ 陳躍東.DS18B20集成溫度傳感器原理與其應用［J］.安徽機電學院學報，2002，17（4）：34－38.

［4］ 李 鋼.1－Wire總線數字溫度傳感器DS18B20原理及應用現代電子技術［J］.2005.212（21）：77－79.

［5］ 鹿玉紅，戴 彥，江培蕾.基于PROTEUS的DS18B20數字溫度計的仿真實現［J］.福建電腦，2010，（1）：117.