数字温控系统的设计与实现

【摘要】本文以数字传感器DS18B20作为核心，设计一简易温控系统。该系统采集温度经过单片机处理后，通过LCD1602液晶显示器将温度显示出来，同时还可以任意设置上下限的报警温度，通过串口使单片机可以与上位机的进行通信，将温度显示在VB编辑的PC机界面上。

【关键词】DS18B20；单片机；LCD1602

1.引言

温度与人们的生活密不可分，在科研或生产过程中，温度的变化对实验和生产的结果至关重要。传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器，由其构成的温控系统必须经过A/D转换后才可以将获得的数字信号才能与单片机接口，硬件电路结构相对比较复杂，同时制作成本也较高。随着科学技术的发展，温度传感器也在不断的进步，目前，以美国DALLAS半导体公司的生产的1-wire温度传感器DS18B20为例，其集温度测量和A/D转换于一体，直接输出数字量，而且与单片机接口几乎不需要外围元件，硬件电路结构简单。

本设计的温控系统以AT89S52单片机为控制器，用数字温度传感器DS18B20测量温度，经处理后经LCD1602显示温度值。

2.系统硬件设计

本温控系统主要由温度采集电路、按键和报警电路、液晶显示电路，串口通信电路等几部分组成。硬件结构框图如图1所示。采用AT89S52单片机作为主控制器，用温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示在LCD1602显示器上，还可以通过串口将采集到的数据发送到上位机，在上位机软件中实时显示当前的温度值，同时当温度低于或高于设计值的时候，会产生声光报警。

2.1 温度采集电路

在本次设计中选用AT89S52单片机为主控制器，其是一种低功耗、高性能CMOS 8位单片机，片内有8K在系统可编程Flash存储器，可反复擦写1000次，器件采用ATMEL公司之高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，片上Flash允许程序存储器在系统可编程。

温度传感器采用美国DALLAS半导体公司的DS18B20，这是一种智能温度传感器，它具有独特的单总线接口方式，即理论上允许在一条信号线上挂接数十甚至上百个数字式传感器，从而使测温装置与各传感器的接口变得十分简单，克服了模拟式传感器与单片机接口时需要的A/D转换器及其它复杂外围电路的缺点，而且，还可以通过总线供电，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，无需额外电源。DS18B20的测温范围-55~+125，最高分辨率可达0.0625。设计时将DS18B20的I/O口与单片机的P2.2口连接。

2.2 显示电路

系统将DS18B20采集到的温度通过显示电路实时显示出来，本设计采用LCD1602液晶显示，其可以显示的容量有2行16个字。设计时将LCD1602的DB0~DB7与单片机的P0.0~P0.7口连接，作为LCD的数据输入，1602中的6脚（E：使能信号）与单片机的P2.2口连接，1602中的5脚（R/W：读/写选择端）与单片机的P2.1口连接，1602中的4脚(RS：数据/命令选择端)与单片机的P2.0口连接，作为LCD的输入控制端。

2.3 按键和声光报警电路

在设计中4个按键分别于单片机的P1.0- P1.3口连接，其功能分别为K1功能键，其按一下表示当前的实际温度，按两下表示当前的报警温度，K2设置键，其按一下表示上限报警温度调整，按两下表示下限报警温度调整，K3为温度加1按键，K4为温度减1按键。当温度高于上限报警温度或低于下限温度报警温度时，实现声光报警，P2.6口或P2.7口连接的LED指示灯会不停的闪烁，同时P2.5口连接的蜂鸣器（用三极管驱动）也会发出报警声音。

2.4 单片机与计算机的接口电路

单片机的输入输出为TTL电平，其中高电平为+5V，低电平为0V，而我们计算机的串口采用的RS-232电平，为负逻辑电平，其中高电平为-12V，低电平为+12V，所以要实现单片机与PC机的通讯，需要添加电平转换芯片，本设计采用现在用的比较多的MAX232芯片。MAX232芯片是MAXIM公司生产的、包含两路接收器和驱动器的IC芯片，它的内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5V电源电压变换成RS-232输出电平所需的电平。

3.系统软件设计

当硬件电路确定之后，温控系统主要功能的实现将依赖于软件设计。

3.1 单片机软件设计

3.2 实时温度显示子程序

3.3 上位机软件设计

为了远程监测的方便，通过串口RS-232，将采集到的温度数据发送到电脑，本设计在PC机上采用VB软件进行设计，按照串口通信协议进行编程。温度检测系统的对话框如图2所示，在图2中提供了串口通信测试按钮，主要是用于对串口的物理连接是否正常进行测试。在系统中可以显示当前的实时温度及上下限报警温度。

4.结论

本文详细的描述了温度检测系统的硬件电路设计和软件设计方法，通过在天祥开发板上的硬件搭建和软件调试，该系统可以实现对当前的温度显示，还可以超限报警功能等，可以将这一电路用于实际项目中。

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【基金项目】温州科技职业学院基金项目（kjxyjg1128）。

作者简介：李世红（1979—），女，浙江人，硕士，温州科技职业学院讲师，研究方向：单片机。