[温度远程无线测控系统的设计] 温度测控系统传感器

　　摘 要 本文主要系设计了一个基于STC12C5A08单片机控制的无线水温控制系统，数据无线传输，实现远端单片机与计算机接口的无线通讯。采用STC12C5A08单片机进行温度检测控制，下位机上的液晶显示屏LCD用来显示温度，利用按键设置温度的控制范围。数字式传感器DS18B20对温度进行采样和数模转换，单片机与计算机间是通过无线通信，这里采用STR30无线收发数据模块。通过PID控制算法对温度进行实时控制，并且通过计算机实现对温度曲线实时跟踪打印。
　　关键词 STC12C5A08 DS18B20 PID
　　中图分类号：O55 文献标识码：A
　　
　　0 引言
　　在工业生产的过程中，温度是一个很重要的参数之一，随着社会工业的不断发展，对温度的测控技术的要求也越来越高。传统的温度测控系统大多是采用有线通信方式，大量的数据电缆，不仅带来布线的复杂和工作量大，而且存在短线和短路的隐患，成本高，易老化，与有线通信技术相比，无线通信技术具有成本抵、易于实现及快捷高效等优点。
　　系统采用单片机作为下位机，主要工作是对温度控制现场进行数据采集并实时控制。计算机作为上位机，远程控制下位机的工作，同时完成监控、报警和数据存储功能，单片机与计算机之间的数据传送，通过无线接收发模块来实现。
　　1 系统设计
　　由于本系统是一个温度实时监控的系统，对温度的采集、控制、显示是实时的，因而温度采集的时间间隔以及数据发送接收的时间差，单片机与PC机之间数据的传送速度以及上位机程序对数据的分析处理是本系统的关键。
　　系统主要由单片机控制系统、振荡电路、复位电路、水温检测电路、LCD显示、加热元件以及按键电路七大部分组成。该系统的硬件结构如图1所示。
　　2 硬件设计
　　2.1 主控芯片的选择
　　 STC12C5A08是一款低功耗、高性能CMOS 工艺8 位微控制器，携有8K 在系统可编程Flash 存储器。其主要性能有具有1个时钟/机器周期，增强型8051内核，速度比普通8051快8~12倍；1280字节片内RAM数据存储器；8通道、10位高速ADC，速度可达25万次/秒，2路PWM还可当2路D/A使用 ；4个16位定时器，兼容普通8051的定时器T0/T1、2路PCA实现2个定时器 ；硬件看门狗（WDT）；高速SPI串行通信端口；全双工异步串行口(UART)，兼容普通8051的串口；可编程时钟输出功能，T0在P3.4输出时钟，T1在P3.5输出时钟，BRT在P1.0输出时钟等。
　　
　　图1 整体系统结构图 图2 主程序流程图
　　2.2 温度传感器
　　系统选用的是美国DALLAS半导体公司生产的DS18B20数字式温度传感器。该传感器具有的性能：可实现双向通讯；内置AD转化器件;可供使用电压范围大：3.0V到5.5V都可以使用，器件的功耗较低；测温分辨率高，最高可达0.125度，便于温度精确控制；支持多点测试，多个DS18B20 可以并联在一根线上，实现多点测温。
　　2.3 无线模块电路
　　系统选用的是STR30无线数据传输模块，该模块的具有性能：微发射功率；ISM频段工作频率，无需申请频点；多信道，多速率，提供了8个信道，可根据需要扩展；完善的通讯协议，数据实时通信；传输距离较远；TTL接口方式；看门狗实时监控；低功耗及休眠功能等。
　　2.4 可控硅控温电路模块
　　可控硅控温电路是一种广泛应用的控温方式。加热控制采用可控硅（即晶闸管）、晶体管、放大电路组成。当电压相位过零点时，可控硅导通，此时加热元件通电工作，产生大量热量，对水进行加热。控温电路中利用光耦合器将输入、输出间互相隔离，电信号传输具有单向性特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力，光耦控制晶闸管的通断。
　　2.5 电源电路模块
　　系统采用外接直流电源供电模式，使用稳压器LM2576。LM2576是降压型开关稳压器，LM2576内部包含整流电路、稳压电路、滤波电路等，有3.3V、5V、12V、15V 的固定电压输出及可调节电压输出，这里采用的是5V固定电压输出。
　　2.6 LCD1602显示模块
　　系统采用LCD1602液晶显示模块，+5V电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比。
　　3 系统软件设计
　　STC12C5A08 是该系统的控制核心部分，控制着温度的转换以及读取温度数值并转化成十进制数以及相应的ASCII 值在LCD1602 上进行显示，通过无线传输由RS232串口供PC 机读取温度值。程序的设计包含以下部分：微控制器的初始化、温度采集程序和LCD1620 程序的设计、按键程序设计、PWM的生成程序设计、PID控制程序设计。主程序流程图如图2所示。单片机程序设计开发工具采用Keil C51支持的C语言编写，Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。
　　4 结论
　　系统采用以单片机为控制核心的温度检测和控制系统，采用PID控制算法来控制PWM输出的占空比，从而实现对水温的实时监控，通过无线通信的方式将数据传输给上位机，上位机界面可根据上传的数据绘制出实时温度曲线图。同时，通过上位机可以设定上下限温度和需要的温度，通过串口将上下限温度值和设定的温度值传给下位机。在温度低于设定温度的低值时，下位机会控制加热器进行加热，直至温度达到用户需要的温度时停止。在温度高于设定温度的高值时，加热电路断开，系统进行自然降温。在没有和上位机通信的情况下，下位机也能独立工作，自行完成温度的设定及温度的控制，达到了设计的要求。
　　
　　参考文献
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