1、室内温度自动控制系统摘要在现代人类的生活环境中, 温度扮演着极其重要的角色。在人们的生产生活中, 无论生活在哪里, 从事什么工作,都要时时刻刻与温度打着交道。尤其是在 18 世纪工业革命以来,工业发展与农业生产都与能否掌握温度, 有着密不可分的联系。因此,温度的监测与控制与人类的生产生活有着十分重要的意义。我们通过 STC12C5A60S2 单片机和 DALLAS 公司 DS18B20 温度传感器对室内温度进行实时监测与控制实现温度的相对稳定具有极其重要的现实意义。通过该系统的设计制作实践对电子系统设计运动控制理论应用，研究新技术学习知识增强动手能力具有重要的现实意义。关键字：温度控制 DS1
2、8B20 单片机 控制系统设计目录论文共 45 页1 引言 .51.1 项目概述 .51.2 设计目的 .51.3 设计任务 .51.4 研究思路和方法 .62 项目总体方案设计 .72.1 系统原理框图与工作原理 .72.1.1 国内外室温控制技术研究 .72.1.2 系统原理框图设计 .73.系统硬件设计 .83.1 电源模块 .83.2 控制系统模块 .83.3 温度检测 .93.3.1 常用温度检测传感器 .93.3.2 DS18B20 温度传感器电路 .113.4 驱动模块 .123.4.1 半桥驱动原理 .123.5 升温模块 .123.6 人机交互模块 .133.6.1 1602
3、 液晶显示 .133.6.2 红外遥控操作原理 .143.6.3 红外接收电路 .144.系统软件设计 .154.1 程序流程图 .154.2 温度采集 .164.2.1DS18B20 软件定义 .164.2.2 温度的计算 .164.3 红外遥控 .164.4 电机的 PWM 控制 .224.5 发热电阻丝的控制 .245.调试运行 .255.1 温度传感器校准 .255.2 温度调节时间 .265.3 温度波动范围 .265.4 系统参数 .276.系统优化 .286.1 优化控制方式 .286.2 美化外形结构 .286.3.扩展系统应用 .28结 论 .30致 谢 .31参考文献 .3
4、2附件一：原理图 .33附件二：源程序 .341引言1.1 项目概述我们的项目开发针对的对象是收入水平不高，买不起空调，有希望能不受热受冷舒适的生活。并且本系统操作简单，成本低廉。本系统包括：温度采集、无线人机交互、自动控制、异常报警等四部分。1、温度采集温度采集通过 DS18B20 将环境温度采集反馈回单片机并在显示界面上显示出来。2、无线人机交互使用者可以通过遥控器设置风速，温度等模式。3、自动控制通过使用者设置的风速、温度和采回来的环境温度通过单片机自动对加热和风速进行控制，起到自动控制环境温度的作用。4、异常报警对于在使用时产生异常，比如温度过高时，系统发起声光报警提示出现问题。1.2
5、 设计目的人们在日常的生活中，烈日炎炎的夏季会使人们感觉酷暑难耐，在白雪皑皑的冬季又会冷的瑟瑟发抖；于是人们就想买台空调，可是空调又太昂贵，对于大部分低收入阶层来说很难能承担起着部分费用。而夏日买的电风扇又在冬天又不能使用，冬日的电热炉有不能在热天使用；季节一交替就要将其封存起来，不利于设备的有效使用，在存储时候又要占据多余的空间，带来了不少麻烦。而在这种情况下我们发现为什么不将风扇和电热炉有效结合起来再加上一些传感器和控制器组成一个温度自动控制系统，这样价格便宜而且一年四季都能使用。还能自动调节不用过多的人为干预，为人们营造一个舒适的环境。同时我们还发现我们发现这样一个控制系统也可以推广到大
6、棚种植等一些对温度有要求的环境。这样有很好的市场前景和研究意义。1.3 设计任务从生物学角度室内温度一般冬天不应低于 12，夏天以不高于 26为宜。同时，还要尽量做到各点温度均匀并保持时间上的恒定。平均温差（外墙内壁的温度与室内任何一处的温度差）不天于 2，垂直温差（高差每米相差的度数）不大于 3。在这种情况下才是健康的温度。为了能够人们身体健康，又能满足价格低廉、操作简单、适合任何人群使用的原则本设计将采用红外无线遥控，和单片机自动控制采用风扇和发热丝来实现温度的调节。1.4 研究思路和方法通过温度传感器 DS18B20 对室内温度进行采集，并实时显示在 1602 的液晶界面上，通过红外遥控
7、器来调节模式和调节温度。并通过电机和电热丝冰块来实现对于室内温度的调节。在检测系统的执行性能，我们采用对其功耗进行测量，了解在各个模式下功耗进行测量。设置不同的温度记录系统调节到相应温度需要的时间，和系统在保持这个温度时候的振荡情况。2项目总体方案设计2.1 系统原理框图与工作原理2.1.1 国内外室温控制技术研究从国内外温室控制技术的主流方式来看, 室内温度控制技术大致有三种方式。(1)手动控制。通过人对室内温度的观测, 凭借长期积累的经验和直觉推测及判断,手动调节温室内环境。但这种控制方式的劳动生产率较低,并不能实现室内温度的自动控制。(2)自动控制。这种控制系统需要计算机根据传感器的实际
8、测量值与温控系统事先设定的目标值进行比较, 有计算机完成室内温度的控制过程。计算机自动控制的温室控制技术实现了自动化控制。但由于计算机自动控制的实现方式有很多种形式, 所以要根据设计要求及经费预算选择适合的计算机自动控制。(3)智能化控制。这是在温室自动控制技术和生产实践的基础上,构建专家系统，的温室信息自动采集及智能控制。这种控制方式相对前两种控制方式成本较高。2.1.2 系统原理框图设计根据室内温度控制系统设计要求, 温控自动控制系统,本系统由温度采集模块、电源模块以及人机交互模块、控制系统模块、升温模块、电机驱动模块六个部分组成。图 1.系统框图3.系统硬件设计3.1 电源模块本系统电源
9、部份共分为三个模块 5V 直流、12V 直流和 220V 交流，12V 直流为风扇模块供电，220V 交流为发热丝供电，5V 为其与控制系统供电。12V 由电源适配器产生，12V 直流电经 LM7805 稳压后得到 5V 直流为控制系统供电。LM7805 稳压模块电路如图： 123JPWR.50pFC7D4LEK9VGNS-T86OUinM图 2.LM7805 稳压模块3.2 控制系统模块控制系统主要由 STC 公司生产的 12C5A60S2 作为主控制芯片，STC12C5A60S2/AD/PWM 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代
10、8051 单片机，指令代码完全兼容传统 8051,但速度快 8-12 倍。内部集成 MAX810 专用复位电路,2 路 PWM,8 路高速 10 位 A/D 转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。控制系统的最小系统如图二， YXA晶 振 电 路 xI_Headru复 位 电 路下图 3：单片机最小系统3.3 温度检测3.3.1 常用温度检测传感器（1）热敏电阻式温度传感器热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件热敏电阻由半导体陶瓷材料组成， 热敏电阻是用半导体材料，大多为负温度系数，即阻值随温度增加而降低。温度变化会造成大的阻值改变，因此它是最灵敏的温度传感器。但热敏电阻的线
11、性度极差，并且与生产工艺有很大关系。制造商给不出标准化的热敏电阻曲线。热敏电阻体积非常小，对温度变化的响应也快。但热敏电阻需要使用电流源，小尺寸也使它对自热误差极为敏感。利用的原理是温度引起电阻变化若电子和空穴的浓度分别为 n、p，迁移率分别为 n、p，则半导体的电导为：=q（nn+pp） 。因为 n、p、n、p 都是依赖温度 T 的函数，所以电导是温度的函数，因此可由测量电导而推算出温度的高低，并能做出电阻-温度特性曲线这就是半导体热敏电阻的工作原理热敏电阻包括正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）热敏电阻，以及临界温度热敏电阻（CTR） 。图 4.热敏电阻（2）热电阻式温度传感器热电阻
12、（thermal resistor）是中低温区最常用的一种温度检测器。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。金属热电阻常用的感温材料种类较多，最常用的是铂丝。工业测量用金属热电阻材料除铂丝外，还有铜、镍、铁、铁镍等。图 5.Pt100 热电阻式温度传感器（3）热电偶式温度传感器热电偶（thermocouple）是温度测量仪表中常用的测温元件
13、，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。各种热电偶的外形常因需要而极不相同，但是它们的基本结构却大致相同，通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成，通常和显示仪表、记录仪表及电子调节器配套使用。图 6.热电偶（4）数字式温度传感器数字式温度传感器具有体积小、价格便宜操作方便的优点。本系统采用了美国 DALLAS 公司生产的单总线数字温度传感器，一线制器件独特的接口，使分布式温度检测得以简化。每片 DS18B20 都有唯一的产品号能够实现温度的多点检测。测量范围为-55 度+125 度，12 位的数字值分辨率为 0.0625 度，完全能够满足我们日常所需温度值。图 7.数字式温度传感器 DS18B203.3.2 DS18B20 温度传感器电路我们温度检测部分采用了 DS18B20 进行温度采集，传感器采集电路如下图
