基于單片機的室內溫度控制系統設計與實現

孟雍祥 馮向超

隨著人們生活水平的提高，對生活環境的要求也越來越高。隨著物聯網技術的應用，智能家居應運而生，它將家中的應用設備相連接，只需要通過統一的平臺，就可以實現對所有設備的實時控制。與傳統的家居方式相比，智能化家居的功能更全面，能夠為人們提供更加舒適和更高質量的居住環境。而在智能家居系統當中，室內溫度控制系統是基礎，它是對室內燈光、溫度進行控制的重要系統。只有合理設置室內溫度控制系統，才能確保智能家居性能的穩定，使各項指標都達到設計要求。基于此，本文對基于單片機的室內溫度控制系統進行了設計與探討。

單片機;室內溫度控制系統;智能家居;自動調節

1.基于單片機的室內溫度控制系統設計

1.1設計思路

1.1.1總體設計思路

從整體角度來講，室內溫度控制系統進行設計的時候，主要用到的模塊有單片機、溫度傳感器、數碼管和機電控制的加熱系統。單片機采用的使ISP系統可編程芯片，同時包含了只讀程序的儲存器、指令系統以及引腳結構。溫度傳感器則可以對室內溫度進行有效測量，同時將溫度信號轉化成為標準的輸出信號，同時還可以用來檢測和調節工程生產過程當中的各項溫度參數。

該室內溫度控制系統的設計主要依靠的是STC89C52單片機，該單片機可以對室內的溫度進行有效測量，同時還可以在特定的條件下對溫度進行調控，滿足人們的居住需要。在系統當中，Pt100溫度傳感器可以實現對溫度的及時測量，同時還可以完成標準型號的傳輸，從而根據實際需要來對溫度進行調節。Pt100溫度傳感器在運行的過程當中，信號轉換器發揮了重要的作用，該轉換器在完成對溫度的檢測之后可以將溫度信號轉變為系統可以識別的標準信號，然后將信號交給單片機，并做出相關的判斷。因此控制系統的設計原理就是根據不同的溫度來改變系統自身的電阻值，從而確定系統電路當中的電壓，不同溫度信號下轉換而成的電壓值也有所不同，輸出的標準信號也會有所不同。輸出的溫度信號會通過LCD1602數碼管顯示出來。下圖1-1就是室內溫度控制系統的整體框圖。

表現在系統應用上，當單片機檢測到溫度傳感器所輸出的標準信號之后，就可以判斷外界的溫度情況，然后與系統當中預先設定的溫度進行對比。如果外界溫度高于設定溫度的話，風扇就會開始轉動制冷;而如果外界溫度低于設定溫度的話，風扇就會停止轉動，暖爐就會開始工作。

1.1.2交流調溫風扇的設計思路

交流風扇部分是采用交流電進行調溫的。調溫風扇可以根據不同的溫度自動調整風速，為了在使用的過程當中更加方便，風扇通常只有兩檔，分別是0檔和4檔。當室內溫度低于26度的時候，風扇處于0檔的位置;如果室內溫度高于26度的時候，風扇就會自動調節為4檔。

1.1.3繼電器控制的加熱系統部分的設計思路

系統當中加熱的部分是由繼電器進行控制的，單片機由于電壓的限制無法對加熱系統進行直接控制，因此需要使用繼電器對加熱系統當中的電路進行導通與斷開，使用單片機來控制繼電器。當單片機的引腳輸出低電平時，三極管導通，加熱系統就會受到開始工作的信號，升高室內的溫度;而當該引腳輸出高電平時，三極管就會被截止，加熱系統就會受到停止工作的信號，使室內的溫度保持在恒溫的狀態。

1.1.4 A/D轉換器的設計思路

還需要使用A/D轉化器來將Pt100溫度傳感器電路當中的溫度信號轉化為標準的數字信號，從而使單片機能夠檢測得到該信號，同時做出相關的判斷。目前所使用的STC89C52單片機只能對數字語言進行運算，只能識別數字“0”和“1”，無法對溫度信號進行運算，因此在使用的過程當中需要使用A/D轉換器來轉化信號，使單片機能夠更好地識別，從而進行有效控制。

1.2主接線的設計

室內溫度控制系統主接線的核心部分是引腳的STC89C52單片機，它與共陰極兩位LED數碼管相連接，能夠將Pt100溫度傳感器測量得到的溫度顯示出來。Pt溫度傳感器所測量的溫度可以通過A/D轉換裝置與單片機的接口相連接，從而實現將溫度信號轉換成為標準數字信號的目標。在接收到信號之后，單片機就可以通過內部的程序進行判斷與計算，當溫度高于26度的時候，就可以自動開啟風扇等設備進行室內降溫;而高于26度的時候，就可以自動開啟暖爐等設備進行室內升溫，從而使室內溫度控制在恒定的溫度。

1.3主程序的設計

室內溫度控制系統的主程序主要是通過C語言來進行設計的，主要的設計思路就是分別設計A/D轉換子程序、數碼管顯示子程序以及溫度條控制程序。在系統對風扇進行調控的過程當中，需要使用中斷程序來實現。具體來說，要想使用交流電對調速風扇整流成為正半周期的交流電，然后再利用單片機控制交流電通電與斷電的占空比，從而對交流調速風扇的檔位進行有效調控。在系統運行過程當中，Pt100溫度傳感器會將室內溫度測量出來，然后根據系統當中的公式將該溫度信號轉換成為相應的數字，這一功能需要A/D轉換子程序來協助實現。在對加熱系統進行控制的過程當中，需要在主程序當中設定不同的參數，他們代表的是繼電器和連接調速風扇的兩個引腳，通過對這兩個參數進行賦值就可以實現系統溫度的升降。

2.基于單片機的室內溫度控制系統實現

在完成了室內溫度控制系統的設計之后，為了驗證所設計系統的有效性與可操作性，對系統當中的電路進行了測試。經過測試得出了如表2-1所示的實驗數據。由此可以看出，該室內溫度控制系統的控制誤差比較小，可以實現預期的控制目標，實現恒溫的室內效果。

結語

總的來說，本文對基于單片機的室內溫度控制系統的設計與實現進行了分析。該系統具有性能穩定、能源消耗低、操作方便等優點，基本可以實現對溫度的精準控制，為用戶提供舒適、智能的居住環境。經過實際溫度控制驗證，該設計方案具有較高的有效性與可行性，可以為同類型的控制系統提供參考與借鑒。

參考文獻

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作者簡介：孟雍祥（1990-），男，山東省淄博市人，職稱：研究實習員，學歷：碩士研究生，研究方向：聲學電子和海洋儀器開發;

馮向超（1989-），男，碩士研究生。