基于單片機(jī)的智能溫度控制系統(tǒng)

基于單片機(jī)的智能溫度控制系統(tǒng)1.引言隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，各種智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越廣泛。其中，溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中扮演著重要的角色。聰明的溫度控制系統(tǒng)可確保發(fā)生在工業(yè)級進(jìn)程和家庭較小的應(yīng)用中的安全運(yùn)行。在本文中，基于單片機(jī)的智能溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的研究和設(shè)計(jì)。2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路本文所設(shè)計(jì)單片機(jī)的智能溫度控制系統(tǒng)基于STC89C52單片機(jī)，溫度傳感器用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，電子加熱器和風(fēng)扇控制器使用PWM技術(shù)。系統(tǒng)操作的流程圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)操作流程圖溫度傳感器通過巡回編址方式與單片機(jī)相連，完成對環(huán)境溫度的感知，并將該數(shù)據(jù)存儲在單片機(jī)內(nèi)部存儲器中。單片機(jī)將存儲的環(huán)境溫度值與預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行比較，如果環(huán)境溫度高于或等于設(shè)定溫度值，則單片機(jī)發(fā)出PWM信號控制電子加熱器開啟，并控制風(fēng)扇關(guān)閉；如果環(huán)境溫度低于設(shè)定溫度值，則單片機(jī)發(fā)出PWM信號控制電子加熱器關(guān)閉，并控制風(fēng)扇開啟。通過不斷循環(huán)該過程，完成對溫度的控制和調(diào)節(jié)。3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本文所采用的單片機(jī)是STC89C52型號，內(nèi)部包含512字節(jié)RAM、8K字節(jié)在線程序存儲器、64K字節(jié)閃存及32個IO端口。硬件電路設(shè)計(jì)主要包括溫度傳感器DS18B20電路、電子加熱器控制電路和風(fēng)扇控制電路。如圖2所示。圖2系統(tǒng)硬件電路圖3.1溫度傳感器電路溫度傳感器采用DS18B20型號，可直接通過單片機(jī)的IO口讀取溫度值。具體電路連接方式如圖3所示。圖3溫度傳感器電路圖我們需要將傳感器的三根線分別連接到STC89C52單片機(jī)的對應(yīng)IO口。其中，VDD和GND分別表示傳感器的正負(fù)極，DQ為數(shù)字信號線。溫度傳感器和單片機(jī)之間的通訊采用巡回編址的方式完成。3.2電子加熱器控制電路本文所設(shè)計(jì)的智能溫度控制系統(tǒng)中，采用電子器件實(shí)現(xiàn)加熱控制，PWM技術(shù)控制電子電路的開關(guān)狀態(tài)。電子加熱器控制電路圖如圖4所示。圖4電子加熱器控制電路圖通過PWM技術(shù)生成的脈沖信號控制MOS管，電子電路開關(guān)狀態(tài)可根據(jù)輸出波形實(shí)時控制加熱器的加熱強(qiáng)度。本文中，采用的MOS管模型為IRF540N，VDD的電壓通過電勢分壓電路產(chǎn)生，為直流24V。在控制電路中，我們采用一個光耦來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和MOS管之間的隔離，從而保證系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。電阻R1的值取2.2K，可避免反向漏電流，提高光耦的靈敏度。3.3風(fēng)扇控制電路風(fēng)扇是調(diào)節(jié)溫度的重要手段之一，通過控制風(fēng)扇的開關(guān)狀態(tài)，可以有效地調(diào)節(jié)環(huán)境溫度。本文所設(shè)計(jì)的風(fēng)扇控制電路如圖5所示。圖5風(fēng)扇控制電路圖在電路設(shè)計(jì)中，我們采用了一個三極管對風(fēng)扇進(jìn)行控制。以STC89C52的IO口為輸入信號，輸出控制信號控制三極管的導(dǎo)通和截止，從而實(shí)現(xiàn)控制風(fēng)扇開關(guān)狀態(tài)的功能。風(fēng)扇的正極和負(fù)極連接到三極管的集電極和發(fā)射極上，而基極連接到STC89C52單片機(jī)的IO口上。4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本文系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要使用C語言進(jìn)行編寫，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)溫度監(jiān)測和控制。具體實(shí)現(xiàn)過程如下。4.1初始化設(shè)置編寫程序時，需要先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，確定電子加熱器和風(fēng)扇的控制IO口，并對溫度傳感器進(jìn)行初始化。初始化程序如下：voidInit(){intflag=0;TMOD=0x01;TH0=0xFC;TL0=0x18;TR0=1;ET0=1;EA=1;while(flag!=1){if(RST==0&&flag==0){flag=1;LED=1;delay(100);LED=0;delay(100);LED=1;delay(100);LED=0;delay(100);LED=1;delay(100);LED=0;delay(500);LED=1;delay(100);LED=0;delay(1000);}//一個初始化的指示燈}}其中的EA和ET0分別表示開啟中斷總控制和定時器T0中斷，及開啟溫度傳感器讀取溫度值。4.2讀取溫度值溫度傳感器模塊采用巡回編址方式通訊，按照調(diào)制解調(diào)的步驟，將數(shù)據(jù)從傳感器發(fā)送到單片機(jī)。溫度傳感器數(shù)據(jù)讀取程序如下：voidDelay_us(unsignedchart)//0.5us延時函數(shù){while(t--){_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}}unsignedcharread_temperature()//讀取溫度程序{unsignedchartem;unsignedchari,j;DQ=1;Delay_us(2);DQ=0;Delay_us(80);DQ=1;Delay_us(20);j=DQ;if(j==0){while(!DQ);for(i=0;i<8;i++){DQ=0;tem>>=1;Delay_us(5);DQ=1;Delay_us(5);if(DQ!=0){tem|=0x80;}Delay_us(20);}}returntem;}因?yàn)镈S18B20采用1-Wire總線通訊協(xié)議，該數(shù)據(jù)信號在單個管腳上傳輸，而且同一時間只使用一條總線。在程序中，我們采用一個8位無符號整型變量tem來存儲數(shù)據(jù)。8位數(shù)據(jù)通過巡回編址傳送到溫度傳感器中。4.3控制加熱器和風(fēng)扇系統(tǒng)控制加熱器和風(fēng)扇的核心程序是實(shí)現(xiàn)PWM技術(shù)對電路的控制。程序如下：voidHeat_System_Control()//加熱控制程序{Init_PWM();delay_us(10);Init_Inter_Ultra();//初始化PI控制參數(shù)delay_us(10);SET_HEATER=1;//根據(jù)溫度信號，開啟或關(guān)閉加熱器和風(fēng)扇SET_FAN=0;Heat_Value_Read();//讀取溫度值R_value=Heat_value;Y_value=R_value;//通過傳感器讀取的實(shí)際溫度值Y_value，將環(huán)境溫度值映射到理論值E_value=P_value-Y_value;//誤差即當(dāng)前溫度與目標(biāo)溫度的差S_value=S_period+E_value*Kp+(E_value-L_value)*Ki;//PI控制if(S_value<S_min)S_value=S_min;//閾值的控制if(S_value>S_max)S_value=S_max;DC_value=S_value/1000.0;//將控制后的信號變化值轉(zhuǎn)換成占空比百分比PWM2_SetDC(DC_value);//通過定義PWMTimer.c}其中，P_value為想要達(dá)到的設(shè)定溫度值；R_value為實(shí)際溫度值；Y_value參數(shù)為反饋溫度值。當(dāng)系統(tǒng)檢測到環(huán)境溫度與設(shè)定溫度差值達(dá)到一定數(shù)值時，開啟加熱器，并關(guān)閉風(fēng)扇。反之，開啟風(fēng)扇，關(guān)閉加熱器?？刂葡到y(tǒng)同樣采用PI控制策略，并且根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際情況，調(diào)整控制參數(shù)，使系統(tǒng)響應(yīng)更快，穩(wěn)定性更好。采用PWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)加熱和風(fēng)扇控制時，控制信號可由對應(yīng)的占空比矩形波信號產(chǎn)生。通過對脈寬和周期的控制，