基于单片机的室内温度控制系统设计.doc

1、1基于单片机的室内温度控制系统设计摘 要：单片机在当今世界运用得十分广泛，所以学习以及利用单片机实现我们想要实现的功能是一种趋势和必然。设计中，我们采用STC89C51 单片机来控制房间室温的温度。这个系统包括以下几个具体的模块：测温模块、显示模块，以及调节模块共同组成。测温模块运用Pt100 温度传感器进行温度的测量并转换成数字输出信号便于检测与进一步的调节，显示模块采用两位 LED 数码管显示，精度为 1 摄氏度。调节模块主要由两部分构成，一部分为调低温度的如自动调节温度的风扇及空气压缩机等制冷设备，另一部分为根据室温升高温度的调温电热炉。环境适宜温度：根据资料显示，人的舒适温度为 25

2、摄氏度到 28 摄氏度之间，故该系统预设温度为 27 摄氏度。 关键词：室内温度控制；STC89C51 单片机；Pt100 温度传感器 中图分类号：TB 文献标识码：A doi：10.19311/ki.1672-3198.2016.16.100 1 各模块的介绍 1.1 STC89C51 单片机 STC89C51RC 采用的是 8051 核的 ISP 系统可编程芯片，ISP 为“In System Programming”的缩写。工作时最高可拥有 80MHz 的时钟频率，片内包含的 Flash 只读程序存储器为 8K Bytes，它可反复擦写 1000 次，2该单片机既由 MCS-51 指令系

3、统又有 80C51 的引脚结构，有通用的 8 位中央处理器在 STC89C51 内部集成，并且它还包含 ISP Flash 存储单元，可以实现在系统可编程的功能，可以用电脑进行程序的下载，无需购买通用编程器。STC89C51RC 系列的单片机是单时钟/机器周期（1T）的兼容8051 内核单片机，既高速又低耗。 1.2 Pt100 温度传感器 Pt100 温度传感器是测量温度并利用自身阻值由温度变化而产生变化的特点进行温度信号转换成标准的输出信号的仪表，可以用来检测和调节工程生产过程的温度参数。由两部分构成带传感器的变送器，它们分别是“传感器”和“信号转换器” 。热电偶或者热电阻是传感器的主要材

4、料；信号转换器主要由测量单元、信号处理和转换单元组成（由于工业用热电阻和热电偶分度表是标准化的，因此信号转换器作为独立产品时也称为变送器） ，有些变送器增加了显示单元，有些还具有现场总线功能。1.3 LED 数码管 LED 数码管实际上是由七段 LED 灯组成一个“8”字形，若算上小点则共有八个 LED 小灯，根据各个小灯亮灭不同，它可以显示从“0”到十六进制的“F” 。LED 数码管按连接方式的不同可分为共阴极接法和共阳极接法。共阴极接法的数码管要接通高电平才可以导通工作，而共阳极则需要接通低电平才可以导通工作。本设计采用共阴极接法的两位 LED 数码管，连接在单片机的 P2 口。 1.4

5、继电器控制的加热系统 3单片机通过 P1.1 引脚对继电器的断开和和闭合进行控制从而控制加热系统的工作与否。当输出为低电平时，三极管导通，加热系统开始工作。当输出为高电平时，三极管截止，加热系统停止工作。 2 设计思路 2.1 总体思路 本系统运用 STC89C51 单片机进行对于室温的测量及调控，运用Pt100 温度传感器进行温度的测量以及标准信号的传输，这样做是为了进一步的对温度进行调节。我们在上文已经了解到了 Pt100 温度传感器既包括传感器又包括信号转换器，这满足我们对温度检测后转换成标准信号交给单片机进行判断的要求。它设计的主要原理为根据温度的不同则自身电阻值不同，从而影响电路中电

6、压，所以根据温度的不同可换算成不同的电压值，也就有不同的标准信号相对应。当单片机检测到温度传感器发送给单片机的标准信号之后，单片机根据预先设定的温度进行判断，若高于这个温度则使风扇转动，若低于这个温度则使风扇停转并且使暖炉工作。在所有过程中，用 LED 数码管来进行温度的显示。 2.2 交流调温风扇部分 该风扇工作原理为根据温度不同来调整风速，风速共有四档，但为了简洁起见只用其中两档，即 0 档和四档，当室温小于等于 27 摄氏度时，该风扇为零度，当室温大于 27 度时，该风扇转速为四档。 2.3 继电器控制的加热系统部分 作为调高温度的部分，它需要交流供电，而单片机只能提供最大为5 伏的电压

7、，所以想要通过单片机直接对加热系统进行控制是不现实的，4所以在这里用到了继电器来实现加热系统中电路的导通和断开，而用单片机来控制继电器是否工作，当单片机 P1.1 引脚输出低电平时三极管导通，加热系统开始工作，而当 P1.1 引脚输出高电平时，三极管截止，加热系统停止工作。 2.4 A/D 转换器 在这个室温调控系统中，A/D 转换器在 Pt100 温度传感器电路中，是为了将热电阻测得的温度信号转换成标准的数字信号以便于单片机检测并作出相应的运算及判断。因为单片机只能运算数字语言，即“0”和“1”，不能直接对温度信号加以运算，故我们需要用 A/D 转换装置将信号进行转化，相当于“翻译”的功能。

8、 3 主接线的设计 在主接线的核心部分是四十只引脚的 STC89C51 单片机，它的 P2 口连接一个共阴极两位 LED 数码管，而它的阴极分别连接在单片机的 P1.6引脚和 P1.7 引脚，数码管用来显示当前温度，而温度的来源为 Pt100 温度传感器测量的温度。Pt100 温度传感器测量的温度通过一个 A/D 转换装置连接在 STC89C51 单片机的 P0 口上，实现温度信号转换成标准数字信号并向单片机传输的功能。STC89C51 单片机接收到温度转换成的标准数字信号后，通过扫描预先下载进去的主程序进行内部的运算与判断，当温度高于 27 摄氏度时，启动交流调速风扇，进行降温工作，而当温度

9、低于 27 度后，交流调速风扇将停止工作，并且在室温比 27 摄氏度低很多（在本设计中为 5 摄氏度）时使单片机控制继电器使增温系统工作，知道温度重新升回 27 摄氏度。 54 主程序的设计 本程序运用 C 语言来进行设计，设计的主体思路是分别设计 A/D 转换子程序、数码管显示子程序、温度调控子程序，其中交流调速风扇的调速程序要通过中断程序来实现，它的主要原理是：我国交流电的频率为 50Hz，即周期为 0.02s，我们先将供给交流调速风扇的交流电整流成连续的正半周期的交流电，利用单片机控制通电与断电的占空比从而调节交流调速风扇的档位，在中断程序中根据 Pt100 温度传感器测得的温度信号转换

10、成的标准数字信号的不同来设定不同的占空比。对于 Pt100温度传感器测得的温度信号，要根据公式转换成一个对应的数字，整体趋势是温度越高这个数字越低。这部分由程序中的 A/D 转换子程序来实现。对于数码管的显示，我们通过定义数字表以及定义端口（用两个不同的参数来表示连接数码管阴极的 P1.6 引脚和 P1.7 引脚）来实现对数码管显示的控制。对于交流调速风扇和对加热系统的控制在主程序中是通过设定两个不同的参数来实现的，这两个参数分别代表连接继电器的P1.1 引脚和连接交流调速风扇的 P1.2 引脚，通过给这两个参数赋值（“0”和“1” ）来实现降温和升温的功能。 参考文献 1李朝青，单片机原理及接口技术（简明修订版）M.北京：北京航空航天大学，1998. 2李晓荃.单片机原理与应用M.北京：电子工业出版社，2000， （8）.