基于单片机的恒温箱温度控制系统设计

基于单片机的恒温箱温度控制系统设计
发布时间：2023-01-11T02:05:08.962Z 来源：《中国科技信息》2022年第33卷16期作者：刘钒陈伟利
[导读] 随着现代化的进程不断加快，科学技术水平显著提升，
刘钒陈伟利
（吉林建筑大学电气与计算机学院吉林长春 130118）
摘要：随着现代化的进程不断加快，科学技术水平显著提升，恒温箱的发展和应用变的越加广泛起来，尤其是在日常生活和工业生产中，恒温箱的应用更加普遍。

如医学上的菌群培养；农业上的胚胎孵化等。

[1]该设计以STC89C52单片机最小系统为核心，结合按键模块、温度采集模块、电源模块、报警模块、显示模块以及2路继电器模块，组成了一个完整的温度控制系统。

通过仿真测试，证明了该系统运行稳定可靠，具有一定的实用价值。

关键词：恒温箱；STC89C52单片机；温度控制；继电器
引言
温度是工农业生产中一个重要的被控参数，温度的变化将直接影响许多物理变化和化学变化的过程，进而引起生产安全、产品质量或产量等一系列问题。

[2]因此在一些场所对温度进行适当的调控具有重要的意义。

传统的恒温箱温度控制系统精度低，温度波动大，能耗损耗大，难以满足现代化系统的要求。

本系统采用STC89C52单片机为核心，大大增加了系统运行的稳定性、安全性。

使得温度控制的精确度更加准确，极大提高了温度控制系统的技术指标。

1.系统总体设计方案
该设计以STC89C52单片机最小系统为核心，搭配了DS18B20温度传感器模块、LCD1602显示模块等配套模块。

该设计总体结构如图1所示。

单片机读取按键状态，通过人为手动按键部分设置我们需要的温度区间后，此时单片机会对它进行内部处理后，处理完成后，将温度区间显示在LCD1602的显示屏上。

DS18B20温度传感器模块负责采集温度，并将采集的数值实时发送给STC89C52单片机。

STC89C52单片机将传感器发送的温度与人为设置的温度范围进行对比，并把采集到的温度数据发送给LCD1602显示模块进行显示。

如果温度值高于或低于人为设定的温度范围，蜂鸣器报警模块会发出报警，同时指示灯会亮起，与此同时继电器驱动模块会驱动加热管或降温风扇工作，及时调控恒温箱内的温度。

图1 温度控制系统结构图
2.系统硬件设计
2.1 单片机最小系统
单片机最小系统，指的是在不影响基本功能的前提下，用数量最少的元器件即可以使得单片机正常工作的系统。

该设计系统主要由STC89C52单片机、晶振电路、复位电路以及电源组成。

[3]STC89C52是一种低功耗、高性能的COMS 8位微控制器，它具有8K字节Flash,512字节RAM以及大量的接口资源。

另外，值得一提的是，STC89C52单片机的静态逻辑操作可以降至为0Hz，并可以选择节电模式。

该设计中，单片机的主要功能是用来驱动和控制其他模块，以此来实现整体的功能。

2.2 DS18B20温度传感器模块
该系统采用DS18B20温度传感器模块来采集温度，如图2所示。

DS18B20是常用的数字温度传感器，其输出的是数字信号，具有体积小、硬件开销低、抗干扰能力强、精度高的特点。

[4]它的接口方式为独特的单线接口。

因此只需要一条口线，它便可以完成与微处理器的
双向通讯。

图2 DS18B20温度传感器模块电路图图3 蜂鸣器报警模块电路图
2.3 蜂鸣器报警模块
该系统选用了蜂鸣器来作为报警模块，蜂鸣器具有体积小、灵敏度高，并且它耗电量非常小，常被用于各种电子产品的报警。

该系统中，通过三极管的开关状态原理，利用三极管的开闭进而驱动蜂鸣器发出报警。

如图3所示。

三极管的作用相当于一个开关的功能。

当单片机的控制引脚为低电平时，三极管Q1就会导通，此时蜂鸣器通电开始工作，并发出“嘀嘀嘀”的报警声。

反之，则不发出报警。

[4]
2.4 LCD1602显示模块
该系统显示部分选用了LCD1602液晶显示器，1602液晶又被叫作1602字符型液晶，它能够显示两行字符信息，每一行又能够显示16个字符，能够充分展示我们需要了解的信息。

LCD1602是一种专门用来显示字母、数字以及符号的点阵型液晶显示模块。

一般有14或者16个引脚。

所以该系统我们选用了LCD1602来作为显示装置。

2.5 按键模块
该系统的温度控制范围可以通过按键来进行调节。

我们设置了三个独立的按键，分别是KEY1、KEY2、KEY3。

按下一次KEY1按键时的作用是修改温度控制范围的下限，此时显示屏温度区间的下限前面出现一个字母“S”,这个时候我们便可以通过按下KEY2或KEY3来改变温度值，按下KEY2增加温度值，按下KEY3减小温度值。

按下两次KEY1按键时的作用是修改温度控制范围的上限，同理，当温度区间的上限前面出现字母“S”时，通过按下KEY2或KEY3来改变温度值。

2.6温度控制模块
温度控制模块的作用就是实时控制好温度范围，使得温度保持在我们需要的范围之间。

如图4所示。

单片机接收到温度传感器发送的温度后，单片机会对信息加以处理并与系统设定的温度区间进行比对。

如果温度值高于系统设定的温度区间，蜂鸣器会发出“嘀嘀嘀”的报警声，同时，三极管Q2处于导通状态，指示灯亮起，继电器RL1开始通电使得降温风扇开始运转，达到降温的作用，最终使得温度降到提前设定的温度区间。

同理，如果温度值低于系统设定的温度区间，蜂鸣器会发出“嘀嘀嘀”的报警声，三极管Q4处于导通状态，指示灯亮起，继电器RL2开始通电使得降温风扇开始运转，达到降温的作用，最终使得温度恢复到提前设定的温度区间。

图4 温度控制模块电路图
3.系统软件设计
该系统软件使用C语言进行编程，软件程序由子程序和主程序组成。

[6]如图5所示为该系统的主程序流程图。

当系统通电工作后，系统首先要做到是对各个模块的初始化处理，如初始化I/O口、LCD1602等，使得各模块准备就绪后进入按键检测状态，判断按键是否落下，如果有就进行按键处理，如果没有则进入到温度采集的环节，DS18B20将采集的温度实时传送给单片机进行处理，若温度不在提前设定好的温度区间内，蜂鸣器就会发出报警，指示灯亮起，同时温度控制模块开始工作，及时调控保温箱内的温度，
使之恢复到设置的温度范围内。

图5 系统主程序工作流程图
4.结论
本文设计的恒温箱温度控制系统，充分利用了嵌入式技术、传感器技术。

以51单片机的最小系统作为基础，搭配按键模块、传感器模块等，通过控制继电器的运转来实现恒温箱的温度控制。

通过对系统软件以及硬件的仿真测试，验证了该系统运行稳定可靠，满足了恒温箱的智能控温需求，具有一定的实用价值。

参考文献
[1]陈菁,张小溪.基于单片机的小型恒温箱设计[J].现代电子技术,2014,37(22):101-104.
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[3]刘志坚,晏永飞,孙应毕,徐慧,王旭辉.基于STC89C51的超声波液位检测系统设计[J].电子测量技术,2019,42(14):6-11.
[4]吴海红.基于51单片机的温室控制系统设计与实现[J].通化师范学院学报，2021,42（12）：1-6..
[5]徐雷,崔子晨,刘俊俊,王浩然,李文娟.基于DS18B20温度监测报警系统的设计与实现[J].安庆师范大学学报(自然科学版),2020,26(01):89-92.
[6]罗潜,廖文浩,柳畅.基于STC89C52单片机的车内温湿度智能监控系统[J].仪器仪表用户,2021,28(09):34-37.。