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基于单片机的温度控制系统设计

作者：张连成

来源：《硅谷》2013年第04期

摘 要 文中设计了单片机的温度控制系统，给出了硬件总体方案设计和软件总体方案设计，并设计了控制部分子程序，最后给出了系统联调的合理结果。 关键词 单片机；温度控制系统；控制程序；联调

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）022-041-2

表征一个物体的冷热程度用温度来作为单位。在生产中最基本的物理量，也是生活中常见的物理量之一。总的来说，温度的测量与控制在各个领域中都有涉及，在国民经济中颇受到重视。因为，温度与自然界中的许多物理、化学过程都有紧密相关的联系。而且在很多生产过程中，温度的测量和控制如若不好，也都会直接影响安全生产、生产效率和产品质量等，还会造成能源的浪费和重大技术经济指标下降等损失。 1 硬件总体方案设计

如图1所示，是本文所研究的系统硬件部分结构框图，按照功能大致分为以下几个部分：测温部分、最小系统、控温部分以及电平转换和串口通讯部分。

为了使设计功耗更低、成本更低、性能更好，最终决定选用以下器件来搭建硬件平台。 1.1 单片机最小系统

单片机的最小系统其中包括：单片机芯片，复位电路、时钟电路。时钟电路的作用是，在单片机工作时提供所必须的时钟信号。STC89C52单片机的内部电路可以在时钟信号的控制下，严格地按时序执行指令来进行工作；单片机的初始化操作是复位操作，若想使单片机复位，只要给单片机的复位引脚RST加上大于2个机器周期的高电平。 1.2 测温部分

本部分的温度测量采用的是DS18B20传感器，它有了很大的改进体现在以下方面：测量温度、转换时间、传输距离、分辨率等。它比传统的热敏电阻更能够直接地读出被测的温度值，通常能简单的来读取9到12位的温度值。并且是符合于实际要求。数据总线能控制DS18B20的温度变换功率，的同时还能向所挂接的DS18B20供电，因此省去了额外电源的部分。因此，对比来看，DS18B20所使用的系统结构更简单，可靠性更高。最终，DS18B20被广泛应用于温度采集与处理、数字温度计及各种温度控制系统，也在情理之中。

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1.3 控制电路部分

该部分电热丝的加热，是通过单片机的P口输出的高低电平差来继而控制固态继电器的通断来实现的。例如，当P口输出低于电平时，加热电阻就会通电从而使周围的温度缓慢升高，那么DS18B20测得的温度值也会跟着升高；一旦当P口输出高电平时，加热电路就会立即断开，温度渐渐回落。 2 软件总体方案设计

温度的控制系统的主要功能，是要在通过系统的硬件电路确定之后再依赖于软件来实现的。软件主要流程是：完成温度数据的采集，通过串口通信把采集的数据传送给上位机，并接收上位机的命令以此来温度控制。 2.1 单片机最小系统设计

STC89C52单片机其片内含8kbytes的可反复写的FlashROM和128位bytes和RAM。是本系统的主控芯片，且由深圳宏晶公司代理销售。这款MCU，是由美国设计并生产的一种具有低电压、高性能的CMOS8位单片机。同时有2个16位定时计数器。

STC89C52单片机内部主要部件，都是由内部总线连接起来的，以此来构成一个完整的微型计算机。其中，各部件包括：寄存器、程序状态字PSW、制度存储器ROM、累加器ACC、地址指示器DPTR、随机存取存储器RAM、定时器/计数器、并行I/O接口P0-P3、串行I/O接口以及定时控制逻辑电路等。 2.2 测温电路设计

DS18B20传感器是通过P1.0口与单片机相连以此来实现数据的传递的传感器。也是本文中测温电路主要介绍的，其具体硬件原理图如图2所示。

DS18B20芯片的供电方式有两种：寄生电源供电方式、外部电源供电方式。其中本文采用的是外部电源供电方式。

外部电源的供电方式介绍如下：由VDD引脚接入DS18B20工作电源，而且I/O线不需要强上拉，保证了转换精度，同时也不存在电源电流不足的问题。在理论上，总线上还能同时挂接任意多个DS18B20传感器，完整地组成多点测温系统。

需要特别注意的是：在外部供电的方式下，为了保证正常转换温度，避免读取的温度总是85℃这个情况的发生，所以DS18B20的GND引脚不能悬空。外部电源供电方式作为DS18B20的最佳工作方式。

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它具有以下优点：可以突破开发出更多点的温度监控系统，除此之外，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路较为简单。在外接电源的方式下，即使电源电压VCC降到最低3V时，也依然能够保证温度量的精度，这样一来，就充分发挥DS18B20宽电源电压范围的优点。

3 控制部分子程序设计

本部分的主要功能就是接收上位机的命令，实现整体正常运行。

当接收的命令为“K”，相应的，对单片机P0.1就会输出低电平，继而固态继电器会呈现闭合状态，如此就能实现接通加热丝并使其对水进行加热的效果；

反之，若接收的命令为“G”，相应的P0.1口会输出高电平，加热丝会停止加热达到温度回落的目的。 4 系统联调

系统完整调试完毕后其温度控制结果也相应地，通过上位机显示出来，如图3所示。 参考文献

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