智能溫度控制器的設計

劉國祥

（南京華蘇科技有限公司，江蘇 南京 210012）

智能溫度控制器的設計

劉國祥

（南京華蘇科技有限公司，江蘇 南京 210012）

溫度控制器作為一種能有效控制溫度的電開關設備正被廣泛使用。然而隨著科技的發展，傳統的溫度控制器暴露出測溫精度低、分辨率弱、抗干擾能力弱、能耗高以及缺乏智能化等諸多不足，已經達不到有效控制溫度的目的。設計一種新型的符合需求的智能溫度控制器是很有必要的。文章主要介紹利用單總線數字溫度傳感器DS18B20的一種智能溫度控制器的設計。該智能溫度控制器以ATMEL公司AT89C52為控制器操作，結構簡單、測溫準確。本系統由DS18B20完成對環境溫度信號的采集, 并把采集到的信號送給單片機進行處理，完成相應的智能控制，同時將所測得的環境溫度在顯示電路實時顯示。另外還介紹了DS18B20的特性和使用注意問題，給出了該智能溫度控制器的原理設計圖和關鍵的程序代碼。

DS18B20；AT89C52；溫度采集；智能控制

1 溫度控制器的介紹與發展

現代信息技術的三大基礎是信息采集控制（溫度控制器技術）、信息傳輸（通信技術）和信息處理（計算機技術）。溫度控制器屬于信息采集技術的前沿產品，尤其是溫度控制器被廣泛用于工農業、科學和生活等領域，數量逐漸增多。

智能溫度控制器改變了傳統溫度控制器的溫度控制模式，更充分地結合了微電子、計算機技術和自動化技術，提高了溫度控制器的測溫精度和靈敏度，增加了溫度控制器的測試功能，標準化并規范化了總線技術，運用到了單片機測溫控制系統，大大提高了溫度控制器的穩定性和安全性。其能傳輸與溫度相關的數據，可以搭配各種微型控制器，并且能在相同硬件的基礎上通過不同的軟件來實現相關的控制和測試功能，其高度的智能化和節能功能將會對各領域作出顯著的貢獻。

溫度和人們的生活、生產活動有密切關系，是在工農業生產和科學研究中需要重點關注的參數，所以溫度監測在溫度測控系統中有著舉足輕重的地位。溫度控制器采用先進的單總線數字溫度傳感器完成對環境溫度信號的采集，并把采集到的數字信號送給單片機進行處理，實現對環境溫度的智能控制功能，同時還能將所測得環境溫度在顯示電路實時顯示。

2 溫度控制器的硬件組成

該系統硬件以單片機AT89C52為基礎，主要硬件有溫度傳感器、按鍵控制電路以及顯示器三大部分。溫度傳感器選用數字傳感器DS18B20，鍵控電路采用3個按鍵來設置溫度的上、下限值，顯示電路采用了4位共陰極數碼管。

2.1 DS18B20的選取測溫原理

2.1.1 DS18B20的選取

一般傳統的溫度控制器采用模擬傳感器測量溫度，在設計溫度采集系統時，傳感器輸出的是模擬信號，經過A/D轉換器將模擬信號轉換成數字信號，因此增加了系統的設計復雜性并且制造成本較高。以DS18B20為基礎的智能溫度控制系統采用單總線數字溫度傳感器，將A/D轉換器集成在一個芯片上，直接輸出數字信號，可直接送給單片機進行處理。這樣使硬件的設計大大簡化，而且具有較高的測量精度；并且又是單一總線接口，比較容易組建分布式溫度檢測系統，實現多點測溫。

DS18B20數字溫度傳感器具有功耗低、體積小、結構簡單、不需要外接其他元器件、可以自由設定溫度上下線預警值等特點，功能特性如下：（1）數字溫度傳感器可測量溫度范圍為-60～130 ℃，在-15～90 ℃范圍內，精度為1 ℃。（2）單一總線接口。（3）可定義溫度報警設置。（4）可用低壓（3.0～5.0 V）的USB供電。

2.1.2 DS18B20的測溫原理

DS18B20的測溫原理如圖1所示。低溫系數受溫度變化的影響較小，高溫系數晶振隨溫度變化較大，當計數器開始計數時，DS18B20就對低溫振蕩器產生的脈沖信號計數，從而完成環境溫度的測量。溫度計數器的計數值由高溫系數振蕩器決定，每次系統工作前，首先將溫度寄存器和減法計數器初始化，減法計數器和溫度寄存器被預置在-60 ℃所對應的一個基礎值。減法計數器對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當計數器的預置值減到0時溫度寄存器的值將加1，減法計數器的預置將重新被裝入，減法計數器重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環直到減法計數器2計數到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度。

2.2 鍵控電路及相關接口的設計

2.2.1 鍵控電路設計

該智能溫度控制系統設計按鍵有3個，為了有效地消除因鍵盤抖動所造成的誤操作，3個按鍵接有上拉電阻并直接與單片機連接。3個按鍵用于設置和調節環境溫度的最高溫度/最低溫度值。

圖1 DS18B20的內部測溫電路

2.2.2 顯示器與接口電路

該智能溫度控制系統采用8位共陰極LED管，實時顯示檢測的環境溫度值和最高溫度、最低溫度設定值。LED數碼管由單片機直接驅動，但是由于單片機P0引腳不具備數據保持的能力，為解決這個難題，必須接額定電阻值的上拉電阻。蜂鳴器為報警器件，當溫度超過系統設定的最高/最低溫度時，蜂鳴器報警。

3 本系統的總體設計及基本原理介紹

3.1 本系統的設計原理

本系統的設計原理，如圖2所示。

3.2 智能溫度控制器的基本原理

溫度控制器是一種能有效控制溫度的電開關設備。本智能溫度控制器采用了能直接輸出數字信號的DS18B20溫度傳感器，并運用了功能強大的AT89C52單片機。當系統中的數字溫度傳感器采集到溫度信號，并將數字信號傳送到單片機中，單片機經過分析處理，再將所測溫度值的數字信號實時顯示在顯示器上，同時系統會根據所設置環境溫度的上下限值進行判斷處理，當溫度大于所設的最高溫度時，溫控系統啟動風扇降溫；當溫度小于所設的最低溫度時，溫控系統就會啟動加熱裝置。

圖2 溫度控制器設計原理

智能溫度控制器實現的方案如圖3所示。

3.3 智能溫度控制器主要功能

該智能溫度控制系統是以DS18B20與AT89C52單片機為基礎設計的溫度監測與控制系統，在單片機的控制下對溫度數據的采集和處理，實現溫度的測量、控制與顯示。

圖3 智能溫度控制器的原理

智能溫度控制器還可以適用于其他微型控制器，并且可以在硬件不變的基礎上通過軟件來實現其他測試和控制功能，同時還具有多種工作模式可供選擇。跟傳統的模擬溫度控制器比，除了都能有效控制溫度外，分辨率和精度高以及高智能化都是其特殊的一面。其能夠實時顯示環境溫度，并有報警及語音報溫功能。

4 系統軟件設計

智能溫度控制器的軟件系統包括：DS18B20的讀寫程序、溫度值的顯示程序、溫度傳感器DS18B20的初始化程序、按鍵控制電路的程序。

5 結語

本設計介紹的智能溫度控制系統，充分利用單片機強大的特性，對DS18B20 采集的溫度信號進行實時顯示與智能控制。從本系統實用性來看，具有較高的穩定性、較高的抗干擾性能以及快速的溫度采集等特點，且造價低廉，元器件取材方便，電路設計簡單，具有很強的實用性。

Design of intelligent temperature controller

Liu Guoxiang
（Nanjing Howso Technology Co., Ltd., Nanjing 210012, China）

The temperature controller as a electrical switching equipment which can effectively control the temperature, is being widely used. However, with the development of science and technology, the traditional temperature controller has shown a low temperature measurement accuracy, weak resolution, weak anti-interference capability, high energy consumption and the lack of intelligent, and so many inadequacies that it has failed to control the temperature effectively. It is of practical signi fi cance to design a new intelligent temperature controller that meets the requirement. This paper describes design of a new intelligent temperature controller using digital temperature sensors DS18B20. The intelligent temperature controller is operated by AT89C52 of ATMEL corporation, whose structure is simple and temperature measurement is accurate, temperature measurement accuracy. And this system completes the collection of environmental temperature signals by DS18B20, and sends the signals collected to the SCM to process, and complete related intelligent control, meanwhile, the measured ambient temperature is displayed in real-time in the display circuit. In addition, the characteristics of DS18B20 and the use of attention problems are introduced, the principle design graph and key program code are given.

DS18B20; AT89C52; temperature acquisition; intelligent control

劉國祥（1985— ），男，江蘇鹽城人。