基于STC89C52的智能溫度控制系統硬件設計

張蓉蓉

（江蘇財經職業技術學院機械與電子工程系，江蘇 淮安223001）

0 引言

近年來，隨著民眾對反季節農產品需求量的逐步增大，越來越多的農戶開始采用溫室栽培的方法進行農作物栽培。溫室栽培技術的核心是控溫，傳統的方法多為手工作業，不僅工作量大，且實時性、精確度和有效性都很差。本文研究了一種基于STC89C52單片機的溫控系統設計方法。系統采用STC89C52作為處理器，借助智能溫度傳感器DS18B20采集大棚內溫度信號，并轉變成數字信號輸入單片機內，實現單片機對溫室大棚內溫度的控制。調試結果表明，本設計方案可以滿足系統控溫速度快、實時性強和精確度高的要求。

1 系統工作原理

本系統用于實現對大棚內環境溫度的智能調節，各種植物要求有不同的生長環境，因此，本系統需要有一定的設置范圍。如基于某種植物，其生長環境的室溫范圍為20～30℃。要求控制系統在溫度越出設定的范圍時，蜂鳴器啟動并發出警報聲，且令相應繼電器動作，開啟設備，調控棚內溫度，使室溫保持在設定的范圍內不變。系統硬件結構框圖如圖1所示。系統上電工作后，首先由微處理將命令寫入溫度傳感器，隨后溫度傳感器開始轉換數據，數據轉換后再通過CPU來進行處理，處理后的數據結果將顯示到數碼管上，與此同時，系統還將完成對溫度范圍的判斷，并針對判斷結果作出相應的動作。

圖1 溫控系統硬件結構框圖

2 硬件電路設計

2.1 CPU選型

系統采用STC公司生產的單片機STC89C52作為處理器。該芯片沿用了經典的MCS－51內核，并在其基礎上做了很多改進：指令代碼完全兼容傳統8051單片機；12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可以任意選擇；具有8 kB可編程Flash存儲器和512 B RAM；無需專用編程器或專用仿真器，可直接使用串口下載。相較于傳統的51單片機，89C52綜合性能更高。本系統需要較高的處理速度和較強的抗干擾性能，STC89C52作為一款高性能的CMOS 8位微控制器可以滿足這一要求。

2.2 STC89C52外圍電路設計

對于單片機系統而言，合理的片內及外圍電路設置，是確保芯片核心電路能夠穩定工作的前提和基礎。因此在設計本系統時，應先對STC89C52芯片的外圍電路進行合理的設計。

2.2.1 晶振部分設計

晶振部分設計是一個十分關鍵的環節，其性能的好壞將直接影響到系統的穩定性和可靠性。本系統選用12 MHz、12分頻時的晶體振蕩器，機器周期為1μs。電路圖如圖2所示。

2.2.2 溫度采集電路設計

傳統溫控系統電路中，廣泛采用的是通過熱電偶、熱敏電阻或PN結測溫，經過相應的信號處理電路，轉換成A/D轉換器能接收的模擬量，再經A/D轉換最終送入單片機進行處理，完成監控。但是這類方式存在電路復雜、易受干擾、較難操控、不夠精準等諸多缺陷。鑒于上述因素，本設計采用DALLAS半導體公司生產的單線智能溫度傳感器DS18B20作為溫度檢測器。該傳感器不需要借助A/D轉換，可以直接將所采集的信號進行模/數轉換，輸出數字量，且易與單片機接口，使用非常方便。具體電路如圖3所示。

圖2 晶振電路

圖3 溫度采集電路

2.2.3 顯示電路設計

顯示溫度數據是系統功能設計的重要環節。根據LED數碼管的驅動方式不同，分為靜態和動態顯示2種情況。靜態顯示是指每個數碼管的每一個筆段型電極都需要控制元件進行同時驅動，其優點是對比度好、響應快、顯示亮度高等，缺點是占用I/O口多、能耗高、在使用時需要加入驅動器進行驅動、應用受限制。動態顯示是單片機應用領域最為常見的顯示方式，動態顯示中，數碼管將依次選通，單片機通過輸出字形碼，在數碼管上顯示出來，并不斷輪流刷新。動、靜態顯示效果是相同的，但是動態顯示能充分節約I/O口，且能耗低。

本設計選用了4位LED數碼管作為顯示設備，采用動態顯示方式驅動LED數碼管。電路連接如圖4所示。

2.2.4 復位電路設計

復位電路設計采用自動復位和人工復位相結合的方案。人工復位時，需使RST/VPD變為高電平，按下復位按鈕，電容經電阻快速放電，后人工恢復復位按鈕，此時電容經由電阻充電，使RST/VPD由高電平恢復為低電平。復位電路如圖5所示。

圖4 顯示電路

圖5 復位電路

2.2.5 按鍵電路設計

（1）按鍵電路主要設計有3個功能鍵：一個功能鍵S1調控上限溫度，另一個功能鍵S2控制下限溫度，第三個鍵S3是確認鍵。

（2）使用P3.0、P3.1、P3.3與鍵盤電路連接，用以檢測，設置R13、R14、R15作為上拉電阻。

（3）設置電容C13、C14、C15的用途是硬件去按鍵抖動。按鍵電路如圖6所示。

圖6 按鍵電路

2.2.6 溫度控制電路設計

當溫度低于設定溫度時，蜂鳴器啟動，發出報警，繼電器對加熱器進行控制，使其升溫，具體由單片機的P1.3口控制，此時，電磁繼電器KA1動作，觸點打到左邊，達到一定溫度停止加熱。當溫度超過設定范圍時，蜂鳴器啟動，發出報警，繼電器對通風器進行控制，由P1.4口控制KA2動作，由風機對棚內進行通風降溫，當溫度達到預定范圍，由電磁繼電器KA2控制停止通風作業。

通過上述方案，可以使溫室大棚內的溫度保持在設定范圍內，實現對溫室大棚溫度的控制。溫度控制電路如圖7所示。

2.2.7 存儲電路設計

存儲電路是系統中相對獨立的電路模塊。STC89C52芯片內部沒有在關電后繼續存儲數據的存儲器，但系統中又有大量采集到的數據需要被保存，要解決這一矛盾，設計系統時就需要增加一個非易失存儲器，即在系統外擴充一個存儲電路，以實現在給系統通電后自動將用戶設定的溫度限值由外部存儲器加載到單片機中，使得程序可以在系統內部高速、正常運行。

本設計選用了能夠在1.8～6 V范圍內進行擦寫的存儲器24C02。電路連接如圖8所示。

圖7 溫度控制電路

圖8 存儲電路

3 系統調試

結合控制系統程序采用匯編語言編寫、主程序中采用定時查詢方式對溫度信號進行采樣等軟件設計方案，對硬件系統進行調試，實驗結果證實，本系統可以實現預期的信號采集、數據處理、數據存儲以及數據傳輸等功能。

4 結語

本文研究了一種以單片機為核心的智能溫度控制系統，圍繞單片機STC89C52的控制與應用技術進行深入探討，針對農作物生長過程中對溫度控制的需求，設計完成了一種溫室大棚室溫智能調控系統。硬件電路選用了單片機STC89C52和智能溫度傳感器DS18B20作為系統硬件的主要芯片。通過溫度傳感器采集大棚內溫度信號，并轉變成數字信號輸入單片機內，實現單片機對溫室大棚內溫度的控制。調試結果驗證了設計方案的有效性。

［1］李東，李文哲.采用單片機進行離子電流燃燒診斷控制［J］.東北農業大學學報，2008（11）

［2］李云陽.基于單片機的超聲測距系統設計［J］.拖拉機與農用運輸車，2010（5）