智能溫度控制系統(tǒng)
隨著社會(huì)的發(fā)展,科技的進(jìn)步,以及測(cè)溫儀器在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用,智能化已是現(xiàn)代溫度控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。特別是近年來,溫度控制系統(tǒng)[1]已應(yīng)用到人們生活的各個(gè)方面,但溫度控制一直是一個(gè)未開發(fā)的領(lǐng)域,卻又是與人們息息相關(guān)的一個(gè)實(shí)際問題。針對(duì)這種實(shí)際情況,設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制系統(tǒng),具有廣泛的應(yīng)用前景與實(shí)際意義。
1.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1.1.溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)
在花房的溫度控制系統(tǒng)中,溫度檢測(cè)部分我們采用了DS18B20芯片,其硬件電路比較簡(jiǎn)單。
如上圖所示,DS18B20溫度傳感器只有3個(gè)引腳,其中第一引腳為電源GND,第二引腳為數(shù)據(jù)傳輸引腳,為了增強(qiáng)DS18B20的輸出能力,在此引腳上加了一個(gè)10K的上拉電阻,如圖中R2所示,第三引腳為電源VCC,只需要連接電源正極即可。
1.2. 繼電器控制電路設(shè)計(jì)
在本系統(tǒng)中,由于風(fēng)扇需要的電流比較高,如果風(fēng)扇與單片機(jī)共用一個(gè)電源時(shí),當(dāng)水泵工作時(shí)會(huì)將整個(gè)電壓拉低,導(dǎo)致單片機(jī)以及其他用電芯片不能正常工作,最終導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運(yùn)作。因此在本系統(tǒng)中,采用了繼電器[3]作為控制抽水泵的控制電路。
圖中除了如我們所說的繼電器和風(fēng)扇以外,還有4個(gè)元件,分別為兩個(gè)電阻一個(gè)LED和一個(gè)三極管,其中三極管采用了一個(gè)型號(hào)為9012的PNP三極管,其作用是起信號(hào)放大的作用。從圖中可以看出,當(dāng)有電流從繼電器中流過時(shí),繼電器就會(huì)吸合,使風(fēng)扇通電開始工作,但是由于單片機(jī)的IO口驅(qū)動(dòng)能力不足,不能直接控制繼電器,所以這里加了一個(gè)三極管,單片機(jī)只需要控制三級(jí)管的導(dǎo)通,當(dāng)三極管導(dǎo)通時(shí),電流從正極經(jīng)過繼電器流向負(fù)極,繼電器吸合。當(dāng)然,控制三極管導(dǎo)通的電流非常小,比直接控制繼電器小很多,單片機(jī)的IO口足夠驅(qū)動(dòng)起來。圖中LEDD1為指示燈,當(dāng)繼電器閉合的同時(shí),LED也會(huì)亮。圖中R3和R4都為限流分壓電阻,由于LED的額定電壓為2V,而從三極管導(dǎo)通過來的是5V電壓,因此需要加一個(gè)1K電阻與LED燈串聯(lián)在一起,起分壓的作用,及1K電阻上面有3V電壓,LED兩端有2V電壓,這樣LED燈就不會(huì)因電壓過高而燒壞。三極管基極與單片機(jī)P2.0相連,因此需要抽水泵工作時(shí),只需要控制P2.4為低電平即可,反之則反。
2.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
一個(gè)智能化的電路系統(tǒng)要完美執(zhí)行各項(xiàng)功能,除了要有硬件結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)之外,還需要有與其配套的驅(qū)動(dòng)程序才可以完成。特別是在微電子技術(shù)飛快發(fā)展的現(xiàn)代,硬件的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)和全面化接口,使很多系統(tǒng)只需要更改軟件驅(qū)動(dòng)程序就可以完成各種不同的功能,因此軟件編程技術(shù)變得越來越重要。在本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的花房溫度控制系統(tǒng)中,也是由于軟件驅(qū)動(dòng)程序的存在,再配合硬件電路,才能使系統(tǒng)完成溫度的檢測(cè)并對(duì)其進(jìn)行控制。
2.1.讀出溫度子程序設(shè)計(jì)
在花房溫度控制系統(tǒng)中,采用DS18B20傳感器進(jìn)行溫度的檢測(cè),其中在溫度檢測(cè)中,溫度的讀取子程序是必不可少的,溫度的讀取的主要就是對(duì)DS18B20中RAM中字節(jié)的讀取,在18B20的RAM中有9個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)了溫度信息,只要對(duì)這幾個(gè)字節(jié)進(jìn)行讀取,最后在經(jīng)過CRC校驗(yàn),就可以將溫度值讀出。在對(duì)DS18B20內(nèi)部數(shù)據(jù)讀取時(shí)是非常嚴(yán)格的,在時(shí)序方面要嚴(yán)格按照DS18B20的時(shí)序表進(jìn)行才可以。首先將DS18B20復(fù)位,為讀取溫度做好準(zhǔn)備,由于在本次設(shè)計(jì)中只用了一個(gè)DS18B20溫度傳感器,因此不需要對(duì)ROM序列號(hào)進(jìn)行匹配,然后是向溫度傳感器輸入開始讀取溫度的命令,18B20接受到命令之后,開始向單片機(jī)傳送帶有溫度信息的字節(jié),其中傳輸方式為由高位到地位,總共有12的字節(jié),其中整數(shù)部分有7個(gè),小數(shù)部分有4個(gè)。最后單片機(jī)在對(duì)這些 數(shù)據(jù)整合處理,并將溫度以字符串的方式顯示在液晶屏上。
2.2.溫度控制子程序設(shè)計(jì)
在花房溫度控制系統(tǒng)中,溫度的控制是采用兩個(gè)繼電器對(duì)溫度進(jìn)行加熱和降溫。首先實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前的溫度值,當(dāng)溫度值大于之前設(shè)置的溫度報(bào)警上限值時(shí),將驅(qū)動(dòng)控制風(fēng)扇的繼電器導(dǎo)通,使風(fēng)扇開始轉(zhuǎn)動(dòng);反之,當(dāng)溫度值不大于之前設(shè)置的溫度報(bào)警上限值時(shí),將驅(qū)動(dòng)控制風(fēng)扇的繼電器斷開,使風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)。同理,當(dāng)溫度值小于之前設(shè)置的溫度報(bào)警下限值時(shí),將驅(qū)動(dòng)控制加熱片的繼電器導(dǎo)通,使加熱片開始加熱;反之,當(dāng)溫度值不小于之前設(shè)置的溫度報(bào)警下限值時(shí),將驅(qū)動(dòng)控制風(fēng)扇的繼電器斷開,使加熱片停止加熱。
3.結(jié)論
該系統(tǒng)可以通過采集環(huán)境溫度并反饋給單片機(jī),它使用起來相當(dāng)方便,具有精度高、靈敏度高、便于觀察、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn),適合于當(dāng)作條文處理模塊嵌入其它系統(tǒng)中,作為其他主系統(tǒng)的輔助擴(kuò)展。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,抗干擾能力強(qiáng),適合在自動(dòng)控制的環(huán)境下進(jìn)行溫度的控制,具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
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