基于单片机的室内温度控制系统设计
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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，该单片机既由MCS-51指令系统又有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 继电器控制的加热系统
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，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，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。
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。
4 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）.