基于STC單片機的溫度調控系統設計

遼寧工業大學電子與信息工程學院　趙子龍　郭延鋒　張　彭　盧小輝

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基于STC單片機的溫度調控系統設計

遼寧工業大學電子與信息工程學院趙子龍郭延鋒張彭盧小輝

【摘要】主要是對以STC單片機為主控制單元和以溫度測量單元構成的單總線數字溫度傳感器DS18B20進行研究。該系統可以設定溫度上、下限，并顯示檢測溫度，監測實時數據。如果溫度超過設定的上限或下限溫度，報警系統將依照事先設置的參數來實現自動控制，達到一定范圍內溫度的監測與控制。

【關鍵詞】溫度采集；DS18B20；STC單片機；超溫報警電路

0　引言

隨著微機測量和控制技術的迅速發展與廣泛應用，在工業生產和日常生活中，對溫度控制系統的要求，主要是保證溫度在一定溫度范圍內化，穩定性好，不振蕩，對系統的快速性要求不高。在論文中分析了單片機溫度控制系統設計過程及實現的方法。系統的測溫范圍為-20℃～40℃，溫度檢測系統根據設定的溫度范圍完成一定范圍的溫度控制。

系統設計了相關的硬件電路和應用程序。硬件電路主要包括STC單片機最小系統、實時時鐘電路、測溫電路、LCD液晶顯示電路、超溫報警電路以及通訊模塊電路等。應用程序主要有主程序，按鍵處理程序、DS18B20通信程序、LCD顯示程序以及數據存儲程序等等。DS18B20可以直接讀出被測溫度值，而且采用3線制與單片機相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點。以單片機為核心的溫度采集過程與控制系統的研發應用在很大程度上提高了我們生產生活中對溫度的控制水平，經過測驗得知本次設計的系統是正確的，可行的。

1　溫度控制原理

用戶通過鍵盤輸入設定的溫度上限值與下限值，溫度信息由集A/D轉換和溫度測量于一體的DS18B20溫度傳感器測量并且轉換成數字信號,輸入到主機，此信號經過標度轉換后，通過LCD液晶屏幕將溫度顯示出來；當測得的溫度超過上限時，蜂鳴器報警并且采取降溫措施，低于下線時采取加熱措施。這樣就可以控制輸出設備，實時調節溫度的變化了，使其逐漸趨向給定范圍且達到控制的目的。

2　系統硬件設計

系統的硬件結構主要由按鍵掃描與系統總體顯示電路、溫度檢測電路、報警電路、輸出控制電路等其他部分組成。

2.1溫度檢測及控制電路部分

系統中溫度檢測電路是選用美國DALLAS公司生產的數字溫度傳感器DS18B20實現的。該器件在使用中不需要外圍元件，與單片機交換信息僅需要一根I/O線。在此次設計的溫度控制系統中，采用的是多路測溫電路，所以DS18B20溫度傳感器與主控單片機的連接方式如圖1所示。DQ管腳為數據線與STC的P1.2連接。DS18B20的溫度檢測與數字數據輸出全集成于一個芯片之上，從而提高了干擾能力。在DS18B20內部，可編程的分辨率為9～12位，溫度轉換為12位數字格式最大值為750毫秒。當用戶需要的時候，DS18B20將通過單線接口串行發送數據。

圖1　溫度傳感器與主控單片機的連接

2.2LCD顯示模塊

LM016L液晶模塊（如圖2所示）采用HD44780控制器，HD44780具有簡單而功能較強的指令集，可以實現字符移動，閃爍等功能。LM016L與單片機MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式。HD44780控制器由兩個8位寄存器、指令寄存器（IR）、數據寄存器（D）、顯示數RAM（DDRAM）、字符發生器ROMA（CGOROM）、字符發生器RAM（CGRAM）和地址計數器RAM(AC)組成。

圖2　LM016L液晶模塊電路連接圖

3　系統軟件設計

主要是DS18B20以及LCD液晶屏的子程序編寫。DS18B20的主要數據原件有：64位激光Lasers ROM，溫度靈敏原件和非易失性溫度報警觸發器TH 和TL。DS18B20可以從總線獲取電源，當信號線位高電平時，將能量貯存在外部電容器中；當單信號線為低電平時，將該電源斷開，直到信號線變為高電平重新接上寄生（電容）電源為止。LCD液晶屏的子程序編寫主要是屏幕的初始化以及顯示部分數字值以及符號程序的設計，流程圖如圖3所示。

4　系統總體方案論述

本設計中的主控制元件使用的是STC單片機，溫度傳感器使用的是DS18B20，在本文中重點介紹了STC單片機和DS18B20傳感器的特點及用，為硬件電路的設計和測試程序設計做好了基礎準備。對控制系統中的各個單元模塊的電路連接和程序運行流程圖都做了詳細介紹，主要涉及了單片機控制系統、溫度傳感器系統、按鍵系統、顯示系統、報警系統的設計等。系統設計的程序都使用C51編寫的，并在KeilC編譯環境下運行通過且經由STC公司的STC-ISP軟件下載到系統中的。主要包括DS18B20初始化、讀、寫程序，LCD顯示程序，報警程序等等。測試通過，系統設計成功，可以滿足基本的數據采集要求。在設計實驗的過程中，通過采用先分塊設計，再整體調試的方法，實現了各個擊破。

圖3　軟件設計流程圖

5　結語

此設計是以一種STC單片機為主要控制單元、通過DS18B20傳感器實現溫度控制的系統。該系統可以實時檢測相關的溫度數據并記錄當前的時間。其主要特點是：實用性強、設計簡單、靈敏度高，并具有一定的推廣性，對下一代溫度控制系統具有借鑒和引導作用，通過實物制作證明了可行性和有效性。

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趙子龍（1994—），男，甘肅天水人，大學本科，現就讀于遼寧工業大學。

郭延鋒（1971—），女，河北淶源人，碩士研究生，遼寧工業大學副教授。

作者簡介：