基于單片機的智能家居溫度控制系統設計*

鄧云積，劉 堯，吳遙遠，羅 行，張 翠，黃雄偉

（六盤水師范學院，貴州 六盤水 553004）

溫度控制的良好與否對生產生活具有很大的影響。溫度控制不僅僅局限在生產過程中，生活中的方方面面都離不開溫度控制，例如居室、教學辦公樓等地方都需要合理地控制溫度，因此，溫度的采集、檢測、控制在生產生活中有著積極的作用，不但提高了工作效率，而且起到了節約資源的作用。

1 工作原理及優勢

1.1 單片機溫度控制的工作原理

使用單片機溫度控制的基本工作原理：通過單總線的智能數字AM2311 溫濕度復合傳感器將溫度信息測量出來，單片機借助傳感器作為載體，擴大傳感器收集的溫度信息，并把擴大的溫度信息直接傳遞到電路中，再經過轉換，將溫度信息變成電壓信號，弱電進行擴大，傳至單片機，對其進行自由地調控和處理，再將采集的信號進行轉化形成數字信號，最終傳輸到主機中，對溫度進行調控[1]。在對數字信號過濾之后，將其轉換成不同的標度，進而在1602LCD 液晶顯示器的屏幕中呈現出來[2]。

1.2 單片機溫度控制的優勢

以STC12C5A60S2 單片機為設計核心，與傳統8051 單片機相比較，其速度、抗干擾能力等都優于傳統8051 單片機。STC12C5A60S2 單片機具有性價比高，系統之間的相互協調程度好，靈活性好，方便控制，功耗低、省電，組態簡單等優點。作為溫度控制的核心，STC12C5A60S2 單片機是一款不錯的選擇，其指令代碼兼容傳統8051 單片機，且數據采集所需的單元模塊和數據控制中所需的單元模塊幾乎包括在內，因此，使用單片機進行溫度控制，可以大幅度的提高被控溫度的技術指標和精度，從而提升了工作效率，有利于人們的生活更加安逸舒適。

2 溫度控制系統電路設計

2.1 整體系統設計

溫度控制系統的整體設計，以STC12C5A60S2單片機為控制核心，智能數字AM2311 溫濕度復合傳感器、降溫繼電器、1602LCD 液晶顯示器、加熱器等輔助器件組成。其溫度檢測采用了通信技術、控制技術等。首先，對溫度進行采集，可用智能數字AM2311 溫濕度復合傳感器來完成，當數據采集完成后，溫度采集電路把檢測到的溫度數據以數字量的形式傳給單片機；其次，單片機采集傳感器數據，把數據顯示在1602LCD 液晶顯示器上，并參照模糊控制算法，將檢測到的溫度與用戶設置的溫度值進行計算，得到實時控制量；最后，若采集得到的數據超過給定范圍，LED 燈將在單片機的控制下閃爍發出報警信號[3]，進行報警。

2.2 溫度采集電路傳感器的介紹

智能數字AM2311 溫濕度復合傳感器具有卓越的品質，可用于測試以及檢測，其靈活性較高，應用領域廣泛，常應用在家電或者其他需要檢測相關溫濕度的控制領域。它不僅體積小、功耗低，還能夠完全互換，在工作時表現出超強的抗干擾能力，因此在各類場合中被使用，甚至在極為嚴苛的場合，它都能成為最佳的選擇。

2.3 溫度顯示電路

溫度顯示電路主要是顯示設定目標溫度范圍和現場檢測到的溫度數據，其電路圖見圖1。1602LCD 液晶顯示器的功耗低，運行時散熱量小，工作時電壓低，具有較強的交互性。因此在該設計研究的溫控電路中借助1602LCD液晶顯示器作為顯示模塊，能夠達到較強可讀性且修改便捷，系統的顯示電路可用來顯示傳感器采集的周圍環境溫度或者物體的實時溫度和相關數據等[4]。

圖1 溫度顯示電路

2.4 溫度控制參數設置

根據被測對象所需的溫度設置一個范圍，既可以實現對溫度的實時監測和顯示，還可以對溫區進行設定，確保可以將溫度控制在所設定溫度的范圍內。判斷溫度是否越界：將所測的實時溫度與設定的極限溫度進行比較，若溫度越界，則判斷是越過了最小值還是最大值，并且當溫控系統處于開啟狀態時，越過最小值啟動對應設備進行了加熱，越過最大值則啟動制冷[5]。

2.5 溫度控制電路

溫度控制模塊包含有升溫控制電路和降溫控制電路兩個子模塊。

升溫控制電路的工作原理為：當采集的溫度值過低時，單片機向連接端口輸出低功率電壓，此時電路開啟升溫控制模式，相應的加熱器件開始工作，直到溫度上升到用戶指定的范圍內，升溫電路模塊完成升溫控制。當所測溫度未越界時，電路不進行任何的加熱或降溫操作。

降溫控制電路的工作原理和加熱控制電路工作原理大體一致，區別在于端口的連接設備中加入了風扇[6]（加入風扇的目的：風扇開始工作，此時加快氣體分子的運動，風速得以提高，讓室內空氣對流，從而達到降溫的目的）。

降溫控制電路的工作原理為：當采集的溫度值過高時，單片機向端口輸出低功率電壓，內部配備的風扇開始運行，完成降溫工作，當溫度降到目標溫度范圍，降溫設備將自動停止運行，電路完成降溫模塊的工作。當溫度被控制到用戶設定的范圍時，電路完成了降溫和升溫兩個電路模塊的控制。

2.6 報警指示電路設計

報警指示電路采用的電子元器件有：PNP 管、限流電阻、LED 顯示管，報警指示電路圖見圖2，其電路特點：在報警電路中對其溫度設定了臨界值（最高溫度值和最低溫度值）。現場采集的溫度要介于最高值和最低值之間，報警指示電路不工作，若溫度越界則開始工作，因此為了控制目標溫度范圍，需要設計一個越界報警裝置，當現場采集到的溫度不在目標溫度值內時，不論是高于最高值還是低于最低值，LED 燈均閃爍報警進行提醒。在此報警電路中，指示燈一端連接的是電源，另一端連接的是單片機口[7]。

圖2 報警指示電路

3 結論

該設計使用STC12C5A60S2 單片機溫度控制的多模塊（采集、顯示、控制） 運行，實現了對室內溫度的智能控制，提高了系統的整體工作效率。為了滿足使用者對溫度控制的要求，讓生活可以更智能化，用戶可以根據自身需要，對溫度進行目標設定，通過系統內多任務運行模塊的實現，系統將溫度自動調節到給定溫度范圍內，進而滿足用戶的使用要求。該設計的特點是性能穩定，在一定程度上節約了資源，可靠性高，符合當代科技發展的形式，擁有一定的實用價值。