基于STC89C52單片機的智能溫度控制器設(shè)計

摘 要：本論文設(shè)計了基于STC89C52單片機的溫度控制器 ，可人工設(shè)定溫度值，采用溫度傳感器AD590采集溫度數(shù)據(jù)，通過控制繼電器對水泥電阻進行加熱，最終使溫度穩(wěn)定于設(shè)定值。控制器能方便實現(xiàn)溫度的檢測與控制，操作簡便、擴展方便且具有良好的人機互動功能。

關(guān)鍵詞：單片機；溫度控制；A/D轉(zhuǎn)換；運算放大器

1 引言

智能溫度控制器被廣泛用在家用電器和儀器儀表中，尤其是在科研生產(chǎn)和教學(xué)實驗的過程中。本設(shè)計利用AD590溫度傳感器采集溫度，通過STC89C52單片機控制繼電器調(diào)溫，使溫度穩(wěn)定于設(shè)定的溫度值，并實時顯示系統(tǒng)實測的溫度值與設(shè)定的溫度值。

2 設(shè)計功能

本設(shè)計采樣AD590溫度傳感器來采集當前溫度，通過溫度設(shè)定鍵設(shè)定溫度值，使用水泥電阻作為控制器的加熱對象，當溫度低于預(yù)設(shè)值時，啟動繼電器加熱，并最終使溫度穩(wěn)定在設(shè)定值。當系統(tǒng)檢測到溫度第一次達到預(yù)設(shè)溫度值時，蜂鳴器和LED燈同時報警。

3 智能溫度控制器整體設(shè)計

根據(jù)設(shè)計要求，智能溫度控制器系統(tǒng)由主電路模塊、溫度采集模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、控制執(zhí)行模塊等組成。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

3.1 主電路模塊

單片機種類繁多，各種型號都有其一定的應(yīng)用環(huán)境，因此在選用時要多加比較，合理選擇，以期獲得最佳的性價比。在開發(fā)過程中單片機還受到：開發(fā)工具、編程器、開發(fā)成本、開發(fā)人員的適應(yīng)性、技術(shù)支持和服務(wù)等等因素。基于以上因素本設(shè)計選用單片機STC89C52作為本設(shè)計的控制元件[1]。

3.2 溫度采集模塊

溫度檢測是溫控系統(tǒng)的最關(guān)鍵部分，它直接影響整個系統(tǒng)的測量和控制精度。目前檢測溫度的傳感器有多種類型，其測量范圍、應(yīng)用場合等也不盡相同。

本設(shè)計采集模塊選用溫度傳感器AD590。AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源，即將溫度轉(zhuǎn)換為電流，測溫范圍為-55℃～+150℃，非線性誤差在±0.3℃。其精度高，同時可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞[2]。系統(tǒng)的溫度信息可由溫度傳感器AD590測量并轉(zhuǎn)換成微安級的電流信號，經(jīng)過運算放大電路將溫度傳感器輸出的小信號進行跟隨放大，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入單片機。

3.3 顯示模塊

本設(shè)計對于顯示的要求為，顯示4位數(shù)據(jù)即前2位顯示設(shè)定溫度值，后2位顯示實測溫度值，因而選用共陽四位LED數(shù)碼顯示管。在單片機的外圍接上四位LED數(shù)碼顯示管，用來顯示溫度及我們所需要顯示的數(shù)據(jù)。

3.4 鍵盤及控制執(zhí)行模塊

通過鍵盤處理完成相關(guān)參數(shù)設(shè)置；通過控制繼電器通斷控制流經(jīng)水泥電阻的電流，進而控制水泥電阻的溫度；當水泥電阻溫度與設(shè)定溫度一致時選用蜂鳴器和LED燈進行報警。

4 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計及其原理

4.1 A/D轉(zhuǎn)換電路

A/D轉(zhuǎn)換電路圖如圖2所示，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電壓信號并傳送到單片機[3]。DC12V的片選端/CS連接地，/WR、/RD分別接單片機的P3.0和P3.1引腳，數(shù)字輸出端DB0～DB7連接單片機P1口；Vin+接放大器的輸出口，Vin-接地，這兩端可以輸入差分電壓，即它可以測量Vin+與Vin-之間的電壓，Vin+與放大器之間串聯(lián)一個10k？贅電阻，限制流入Vin+段的電流，防止電流過大而燒壞A/D芯片。電阻和電容組成RC振蕩電路，給ADC0804提供工作所需的脈沖，脈沖的頻率為1/（1.1RC）。根據(jù)芯片手冊，R5取10k？贅，C4取150pF。Vref/2端通過兩個1k？贅的電阻R6、R7分壓得到Vref/2電壓即2.5V，將該電壓作為A/D芯片工作時內(nèi)部的參考電壓。

4.2 運算放大電路

如圖3所示，本設(shè)計通過用4級運算來使AD590所測溫度值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓值輸入ADC0804，對信號進行電壓跟隨、差動放大和同相放大處理。由于一般電源供應(yīng)教多器件之后，電源是帶雜波的，因此我們使用TL431作為穩(wěn)壓元件，再利用可變電阻分壓，其輸出電壓U1需調(diào)整至2.73V， U2為AD590溫度采集電壓值，通過差動放大器，其輸出電壓U3=（10K/10K）×（U2-U1）=T/1。因其輸出電壓U3信號微弱，則再對U3進行同相放大6倍，最后輸出電壓值為（T×6）V。假設(shè)現(xiàn)在為攝氏28℃，輸出電壓Uo為（0.28×6）=1.68V，把輸出電壓Uo接入A/D轉(zhuǎn)換器，那么A/D轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量就和攝氏溫度成線形比例關(guān)系。

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計

5.1 軟件設(shè)計概述

本設(shè)計以 單片機為控制器，將溫度傳感器輸出的小信號經(jīng)過放大和低通濾波后，送至 轉(zhuǎn)換器；微控制器實時采集、顯示溫度值，同時系統(tǒng)還應(yīng)可設(shè)定、控制溫度值，使系統(tǒng)工作在設(shè)定溫度。該軟件設(shè)計主要由主程序、溫度采集子程序、顯示子程序、按鍵處理子程序、報警子程序等組成。

5.2 主程序流程圖

主程序流程圖如圖4所示。系統(tǒng)初始化后，首先開啟定時器并采集溫度，然后通過溫度采集子程序把從 中讀出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度值，并調(diào)用顯示子程序把溫度值在數(shù)碼管上相應(yīng)的位置進行顯示。再通過按鍵處理子程序，判斷是否有按鍵按下，最后調(diào)用報警程序，判斷溫度值是否達到預(yù)設(shè)溫度值。

結(jié)束語

本設(shè)計采用STC89C52單片機實現(xiàn)溫度的檢測與控制。具有體積小，重量輕，抗干擾能力強、對環(huán)境要求不高、價格低廉、可靠性高、靈活性好、易于推廣應(yīng)用等顯著優(yōu)點，通過軟件邏輯控制實現(xiàn)對溫度的控制和調(diào)節(jié)。

參考文獻

[1]胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù)[M] .北京：清華大學(xué)出版社，2004.2

[2]劉振全.集成溫度傳感器AD590及其應(yīng)用[J].傳感器世界，2003，3：35-37.

[3]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分[M].北京：高等教育出版社，2006：459.

作者簡介：曾思通（1985-），福建漳州人，碩士研究生，福建船政交通職業(yè)學(xué)院教師。