紅外恒溫控制器的設(shè)計(jì)

孫景偉 丁學(xué)用 莫小琴

摘? 要：本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用紅外遙控技術(shù)，可在手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式下，通過風(fēng)扇和加熱片兩種外部器件對(duì)溫度進(jìn)行控制。該控制器主要是以負(fù)責(zé)判斷信息和向各執(zhí)行模塊發(fā)送具體指令的單片機(jī)STC89C52為核心;此外，本設(shè)計(jì)主要有三大執(zhí)行模塊來分別負(fù)責(zé)檢測、顯示、控制實(shí)時(shí)溫度，以TL1838為主的紅外遙控模塊則負(fù)責(zé)接收紅外信號(hào);若溫度不在系統(tǒng)設(shè)定界限內(nèi)，則蜂鳴器報(bào)警模塊開始響起，其余的兩大模塊分別為按鍵模塊和電源模塊。首先溫度傳感器感知到實(shí)時(shí)溫度，然后將之直接傳輸給液晶顯示屏顯示和單片機(jī)以判斷是否需要進(jìn)行溫度控制。如果溫度在系統(tǒng)設(shè)置界限內(nèi)，則一切正常;反之，單片機(jī)傳輸相應(yīng)指令給溫度控制模塊和報(bào)警模塊，蜂鳴器響起，加熱片或者風(fēng)扇開始工作。結(jié)果表明該控制器與同類溫度控制器相比，不僅精度高、實(shí)時(shí)性好，抗干擾能力也強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：紅外遙控;恒溫控制;溫度檢測;實(shí)時(shí)控制

中圖分類號(hào)：TP273? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）09-0089-02

Abstract： This design mainly applies infrared remote control technology， which can control the temperature through two external devices： fan and heating plate in manual and automatic mode. The controller is mainly based on the single-chip microcomputer STC89C52， which is responsible for judging the information and sending specific instructions to each execution module. in addition， the design mainly has three execution modules to detect， display and control the real-time temperature respectively. The infrared remote control module based on TL1838 is responsible for receiving the infrared signal; if the temperature is not within the set limit of the system， the buzzer alarm module begins to ring， and the other two modules are the key module and the power module respectively. Firstly， the temperature sensor senses the real-time temperature， and then transmits it directly to the liquid crystal display screen and the single-chip microcomputer to determine whether the temperature control is needed. If the temperature is within the limits set by the system， everything is normal; on the contrary， the single-chip microcomputer transmits the corresponding instructions to the temperature control module and the alarm module， the buzzer rings， and the heating plate or fan begins to work. The results show that compared with the same kind of temperature controller， the controller not only has high precision， good real-time performance， but also has strong anti-interference ability.

Keywords： infrared remote control; constant temperature control; temperature detection; real-time control

引言

現(xiàn)如今，國外的溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)水平依舊比我國先進(jìn)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一是我國尚未創(chuàng)建統(tǒng)一的溫室結(jié)構(gòu)，各地的溫度控制體系針對(duì)性仍然很強(qiáng)，欠缺橫向可比性來對(duì)照其好壞;第二是大多數(shù)溫度自動(dòng)控制軟件并不與我國氣候特點(diǎn)相匹配。第三是我國在溫度控制領(lǐng)域起步晚，仍不了解在地表空間內(nèi)各種環(huán)境因子是否會(huì)相互影響和制約。當(dāng)其中一者發(fā)生改變時(shí)，往往其它環(huán)境因子也會(huì)隨之變化，進(jìn)而對(duì)整個(gè)生態(tài)環(huán)境造成影響。因此，開發(fā)一套溫度與其他環(huán)境因子相統(tǒng)籌結(jié)合的溫度控制軟件是有必要的。

溫度控制體系是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分，該控制器是基于STC89C5單片機(jī)而開發(fā)，可對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)控。其功能主要是對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測、顯示與控制，來實(shí)現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化。首先，系統(tǒng)通過溫度感應(yīng)探頭檢測出當(dāng)前環(huán)境的溫度值，然后對(duì)比系統(tǒng)已設(shè)置好的溫度界限;緊接著，溫度可直接在LCD1602液晶顯示屏上顯示出來;若超出設(shè)定的溫度界限，此時(shí)報(bào)警模塊響起，再由STC89C52單片機(jī)判斷加熱還是降溫，傳達(dá)具體指令至加熱或者降溫模塊執(zhí)行。反之，蜂鳴器不報(bào)警，加熱或者降溫模塊不工作就說明溫度仍然處于正常范圍。本設(shè)計(jì)最大意義便是豐富了溫度控制方法，如遇人們不方便手動(dòng)控制電路或按鍵控制等復(fù)雜情況，則通過紅外遙控亦可解決問題。

1 基本原理

1.1 系統(tǒng)整體框架結(jié)構(gòu)圖

本設(shè)計(jì)是基于STC89C52單片機(jī)的溫度控制器，有自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式來控制溫度。該系統(tǒng)通過溫度傳感器感應(yīng)實(shí)時(shí)溫度，直接傳送至LCD1602液晶顯示屏來顯示，再輸出數(shù)字信號(hào)到單片機(jī)STC89C52進(jìn)行處理，由其判斷是否超出設(shè)置溫度范圍，如果是，則蜂鳴器報(bào)警，單片機(jī)發(fā)送給外部設(shè)備加熱或者降溫指令，直至溫度恢復(fù)正常，蜂鳴器和外部設(shè)備停止工作。LCD1602液晶顯示屏可顯現(xiàn)出已設(shè)置好的溫度界限和實(shí)時(shí)溫度等信息，其系統(tǒng)整體方框圖如圖1所示。

該系統(tǒng)主要由DS18B20溫度傳感器感應(yīng)實(shí)時(shí)溫度，再將實(shí)時(shí)信號(hào)直接傳送給單片機(jī)來進(jìn)行判斷溫度是否在設(shè)置好的溫度范圍內(nèi)。如在溫度范圍內(nèi)，則蜂鳴器不報(bào)警;反之，蜂鳴器報(bào)警，溫度控制模塊開始工作直至溫度恢復(fù)正常。

1.2 方案比較

通過篩選，本課題有兩種預(yù)選設(shè)計(jì)方案。第一種方案是通過五種不同顏色的LED燈來區(qū)分各種狀態(tài)下的電路狀況。第二種方案是直接通過電阻分壓的形式來控制整個(gè)溫度控制器的運(yùn)轉(zhuǎn)。經(jīng)過比較兩種方案，第一種方案雖然使用了LED燈， 但數(shù)量不多，成本不高，比第二種方案清晰度更高，更美觀，更具有觀賞性;第二種方案雖然減少了設(shè)計(jì)所需的成本，控制比較靈活，但是電阻分壓浪費(fèi)了能源的利用率，也不美觀?？傮w來比較這兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，第一種方案更適用于本設(shè)計(jì)。

2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

2.1 程序設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)系統(tǒng)是通過先運(yùn)行軟件程序，然后配合相關(guān)硬件電路來實(shí)現(xiàn)它的整體功能。我們可以通過已經(jīng)成型的硬件電路來確定軟件的主要功能。軟件有不同功能的兩大類：第一類是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，即主程序，它下達(dá)具體指令給各執(zhí)行模塊，如讓加熱片加熱或者風(fēng)扇降溫，主程序相當(dāng)于操作者和各執(zhí)行模塊之間溝通的橋梁;第二類是各執(zhí)行模塊的子程序，具體實(shí)現(xiàn)各自早已經(jīng)設(shè)定好的功能。如在本設(shè)計(jì)中，溫度傳感器感知到實(shí)時(shí)溫度后，第一時(shí)間將之傳輸?shù)揭壕э@示屏便是設(shè)置好的程序。在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的過程中，首先要為每一個(gè)執(zhí)行模塊定義其接口功能，分別設(shè)置其相關(guān)的子程序;然后根據(jù)系統(tǒng)的整體功能來選擇一種最恰當(dāng)?shù)闹鞒绦?最后按照實(shí)現(xiàn)控制器所預(yù)期功能來確定主程序和各執(zhí)行模塊之間的主次。在這個(gè)過程中，最關(guān)鍵的就是要協(xié)調(diào)好主程序和各子程序之間的關(guān)系。

2.2 主要流程

系統(tǒng)是通過Proteus集成開發(fā)軟件和Keil μ Vision4軟件來分析并調(diào)試的。這兩個(gè)軟件不但功能齊全，而且操作簡便;完成編寫程序的工作后，再經(jīng)過編譯、調(diào)試和運(yùn)行，生成格式為.hex文件，用Proteus仿真軟件添加到STC89C52單片機(jī)中，從而進(jìn)行系統(tǒng)軟件仿真。

點(diǎn)擊“開關(guān)按鍵”后，程序開始初始化，首先出現(xiàn)開機(jī)界面，液晶顯示屏上面顯示實(shí)時(shí)溫度，左下角展示上限溫度，右下角則展示其下限溫度，皆精確到小數(shù)點(diǎn)后一位。在本設(shè)計(jì)中，因?yàn)镻roteus元器件庫里是沒有紅外接收器的，故紅外遙控模塊無法實(shí)現(xiàn)仿真功能。電路一共有六種情況，分別是自動(dòng)和手動(dòng)模式下的三種工作狀態(tài)：加熱、降溫、或者不工作。另外，點(diǎn)擊“復(fù)位按鍵”可將程序初始化，回到初始界面; 若首次點(diǎn)擊“設(shè)置按鍵”，則光標(biāo)會(huì)停留顯示屏上限溫度的小數(shù)點(diǎn)后一位，此時(shí)可以點(diǎn)擊“溫度加按鍵”或者“溫度減按鍵”來對(duì)溫度界限實(shí)施具體操控，第二次點(diǎn)擊“設(shè)置按鍵”就表明上限溫度已經(jīng)設(shè)置完畢，第三次點(diǎn)擊它則光標(biāo)移至下限溫度的小數(shù)點(diǎn)后一位，此外，也可以設(shè)置下限溫度，最后點(diǎn)擊該按鍵就表明溫度范圍已經(jīng)設(shè)置完畢;其中切換按鍵則可在自動(dòng)和手動(dòng)模式之間相互轉(zhuǎn)換。

3 硬件調(diào)試

本設(shè)計(jì)主要是分為核心的單片機(jī)和其它七大具體執(zhí)行模塊，包括了電源模塊、按鍵模塊、溫度檢測模塊、溫度顯示模塊、溫度控制模塊、紅外遙控模塊以及報(bào)警模塊。其中，電源模塊負(fù)責(zé)提供啟動(dòng)能源;按鍵模塊共有七個(gè)按鍵，其功能分別是：復(fù)位，設(shè)置，溫度加，溫度減，切換，加熱，降溫;以TL1838為主的紅外遙控模塊接收紅外信號(hào);若溫度不在系統(tǒng)設(shè)置界限內(nèi)，則報(bào)警模塊開始工作;剩下的三大模塊則負(fù)責(zé)對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測、顯示和控制。

在自動(dòng)加熱模式下，溫度范圍為28.1-37.7℃，實(shí)時(shí)檢測的溫度為25.5℃，故加熱繼電器閉合，藍(lán)燈和黃燈亮，蜂鳴器報(bào)警，加熱片開始運(yùn)轉(zhuǎn);在手動(dòng)加熱模式下，溫度范圍為28.2-30.2℃，實(shí)時(shí)檢測的溫度為26.8℃，故加熱繼電器閉合，藍(lán)燈亮，蜂鳴器報(bào)警，加熱片開始運(yùn)轉(zhuǎn)。

在自動(dòng)降溫模式下，溫度范圍為24.4-25.0℃，實(shí)時(shí)檢測的溫度為26.3℃，故降溫繼電器閉合，白燈亮，蜂鳴器報(bào)警，風(fēng)扇開始工作;在手動(dòng)降溫模式下，溫度范圍為23.9-26.7℃，實(shí)時(shí)檢測的溫度為27.0℃，故降溫繼電器閉合，白燈亮，蜂鳴器報(bào)警，風(fēng)扇開始工作。

4 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)是基于STC89C52單片機(jī)的紅外恒溫控制器，它結(jié)合了恒溫控制器和紅外線控制器的特點(diǎn)，可在手動(dòng)/自動(dòng)兩種模式下控制溫度。首先通過構(gòu)想該控制器所要實(shí)現(xiàn)的功能來確定整個(gè)硬件電路的整體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而選擇最適當(dāng)?shù)脑骷?，再?duì)相應(yīng)的軟件程序進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，結(jié)果表明該控制器不但比同類溫度控制器精度高、且實(shí)時(shí)性好。隨著生產(chǎn)力的不斷提高，進(jìn)一步研發(fā)溫度控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)它的智能化和自動(dòng)化對(duì)人類社會(huì)的意義深遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉理云.51單片機(jī)C語言開發(fā)教程[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2017.

[2]童詩白，華成英，葉朝暉.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）[M].高等教育出版社，2015.

[3]趙汝和.一種基于DS18B20傳感器的溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018（31）.

[4]段旭陽，韓延義，王曉丹，等.基于FPGA的LCD1602液晶顯示屏系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)[J].工業(yè)和信息化教育，2018（03）.

[5]周潤景，張麗娜，劉印群.PROTEUS入門實(shí)用教程[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2007：107-109.

[6]明立軍.基于AT89C51的多功能紅外無線遙控器系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電大理工，2013（01）.