沙炼龚婵媛方海峰魏久焱
（江苏科技大学，江苏镇江212003）
【摘要】介绍了新型单总线结构温度传感器DSl8B20的工作原理特性、优点及控制方法,阐述了以STC89C51为单片机,以DSl8B20为传感器,和以电热管与制冷片等为温度调节方案构成的智能温度控制器的电路组成、工作原理、程序设计,说明了在研究过程中总结出来的优点等。该温控器可广泛应用于人门日常生活、工农业生产和科学研究领域,具有一定的社会价值与经济价值。
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关键词 温度；DS18B20；STC89C51；遥控；12864
【Abstract】IntroducedthenewsinglemainlinestructuretemperaturesensorDSl8B20structurecharacteristic,theadvantagesofworkandthecontrolmethod,elaboratedtakeSTC89C51asthemonolithicintegratedcircuit,takeDSl8B20astheintelligencetemperaturecon-trollerelectriccircuitcomposition,andwithelectricheatpipeandrefrigerationpieceasthetemperaturecontrolschemeconsistingofintelligenttemperaturecontrollercircuitcomposition,workingprinciple,programdesign,illustratesthecourseofthestudysummeduptheadvantagesofetc.Thiswarmcontrollingmaywidelyapplytothepersongatedailylife,theindustryandagri-cultureproductionandthescientificresearchdomain,hasthecertainpromotedvalue.
【Keywords】Temperature;DS18B20;STC89C51;Remotecontrol;12864
0前言
随着工农业的发展，温度智能控制逐渐应用于各种领域、各种环境的自动化系统。然而传统的温度检测已经满足不了人们的需要。本文主要介绍了一种以DS18B20为核心，加上红外遥控及液晶显示的温度智能控制系统，并从硬件和软件等方面对比了传统的方案，说明了它的优点。
1系统硬件结构
本文采用了STC89C51单片机，设计了供电系统，温度检测模块，制冷加热模块，显示模块及红外遥控模块等。
总体结构如图1。
为了更好地阐述该系统，本文制做了一个简易工业烘炉的模型。将温度传感器紧贴烘炉表面，是为了更好地实时监测到系统的温度。通过红外遥控设置自己想要的系统温度，当温度低于所设温度时，加热模块工作使温度上升；当温度高于所设温度时，制冷模块工作使温度下降。通过检测模块形成反馈系统，从而几个模块一起工作使系统维持在一定的温度范围内。
1.1DS18B20工作原理及特性
温度传感器一直是工农业生产中用的比较多的一种，早期使用的是模拟温度传感器，如热敏电阻，在一定的范围内它的阻值会随着环境温度的变化而变化，通过采集电阻两端电压，然后通过某个计算公式便可以计算出当前的环境温度。
然而，随着科技的进步，传统的温度传感器体积大，操作麻烦，精度低等的缺陷逐渐暴露出来。而DS18B20采用单总线协议，即与单片机接口仅需占用一个I/O口，无需外部元件，直接将环境温度转化成数字信号，以数字码方式串行输出，大大简化了传感器与微处理器的接口。因此本系统最终采用DS18B20传感器。
由实践可得，DS18B20具有低功耗，精度高,测温范围广，转化成数字快负压特性等优点。
1.2加热模块
本系统采用了电热管加热，具有加热快，操作简便等优点。为了达到低于设定的温度加热，高于设定的温度停止加热的目的，我们采用了固态继电器既解决了加热装置的频繁启动等问题，也提高了灵敏度和转换速度。如图2。
将火线与继电器常开端相连，然后从公共端出来。通过单片机的P1^0控制继电器的IN端口的高低电平，从而使继电器达到开关的断开与闭合的功能。降低了操作的复杂度，简单明了。
1.3制冷模块
通常制冷有风冷，水冷，压缩机制冷，半导体制冷等几种方案。比较几种不难发现，风冷，水冷最终只能降到环境的温度，对于想要维持比环境温度还低的低温状态有点困难。而采用压缩机制冷成本一下子变高了，而且压缩机工作也会有噪声。
半导体制冷是利用半导体的热-电效应制取冷量的，又称热-电制冷片。利用半导体材料的帕尔贴效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶两端可以吸收与放出热量，从而实现制冷的目的。综上所述，可以发现半导体制冷片具有无噪声，无振动，不需制冷剂，体积小，质量轻，工作可靠，操作简便和易于调节等优点。因此本系统采用了TEC1－12605制冷片。如图3
1.4遥控及显示模块
同时，为了使系统人性化，还要做到操作方便，本系统采用了红外遥控的方法。用户可以通过遥控按钮设置自己想要的温度，从而使系统工作。同时，为了时时地了解系统温度，我采用了12864来显示自己想要的温度等参数。大大方便了用户体验。
红外遥控有发送和接收两个组成部分。一方面,发送端采用单片机将待发送的二进制信号编码调制为一系列的脉冲串信号,通过红外发射管发射红外信号;另一方面,目前红外接收端普遍采用价格低、性能可靠的一体化红外接收头(如HS0038接收红外信号,频率为38kHz,周期约为26μs)接收红外信号,它同时对信号进行放大、检波、整形,得到TTL电平的编码信号,再送给单片机,经单片机解码并执行,去控制相关对象。具体流程如图4。
解码操作就是判断遥控指令或本机控制指令属于本系统的哪种控制功能，以便查找出相应的控制子程序。然后在控制子程序指挥下处理数据，并向接口电路输出控制信息，以实现各种控制功能。
通过原理可知，其红外显示部分操作简便，成本也比较低。
2软件设计
本文比较了采用传统的开关式切换控制和采用模糊pid控制，结果表明模糊pid控制大大优于传统的控制方法。传统的开关式控制只是简单地当温度达到设定的温度，开关就断开，显然具有很大的误差和波动性。而模糊pid考虑了温度的滞后性和精度，由系统实时反馈的温度加上模糊界限值共同控制。
单纯的增量式pid是靠偏差进行控制的，因此在整个控制过程中始终存在着偏差，由于元件的惯性，若参数配置不当，很容易引起振荡，使系统不稳定而无法工作。
同时，单纯的模糊控制会导致精度大大减弱。
然而，模糊PID以传统的pid控制为基础，又加入了模糊控制，将pid参数根据偏差和偏差变化的大小而动态变化，这样更加符合我们的实际需要。
模糊pid原理结构框如图5。
3实验结果
通过实验，可以明显的看出DS18B20具有很高的精度，适合工农业的生产与监控。不仅如此，该系统硬件简单易操作，具有显示与遥控功能，使用户变得方便。同时硬件与软件的结合使得系统温度的控制与调节变得可靠，大大增加了精度，精度度大概可维持在0.5℃-1℃。足以满足大多数的工农业生产和人们的日常生活。
简易模型如图7
4总结
此设计的核心是将DS18B20检测与温度调节装置合理地配合起来，从而达到更高的精度，对算法的优化也有一定的进步。结果表明，此系统运行正常，具有一定的社会效益和经济效益。然而，虽然相对传统的一些温控系统设计方案有一定的进步，但由于DS18B20温度的缓慢上升测量时具有一定的滞后性，同时通过模糊pid参数的调节，相信还有改善的空间。
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［责任编辑：汤静］
