王二萍 等

摘 要：本文設(shè)計(jì)了一種壓電參數(shù)測試系統(tǒng)中使用的恒溫器。以AT89S52單片機(jī)為主控制單元，以DS18B20為溫度傳感器的溫度控制系統(tǒng)。硬件電路主要包括測溫電路、按鍵電路、溫度控制繼電器電路、LCD液晶顯示電路，AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)等。結(jié)合相應(yīng)的控制程序，控溫范圍為0～400℃。

關(guān)鍵詞：壓電參數(shù)測試；溫度控制；DS18B20

1 概述

壓電材料是一類重要的高新技術(shù)材料，在信息激光、導(dǎo)航和生物等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。壓電材料參數(shù)對于壓電材料的性能表征有著不可估量的作用。在壓電材料參數(shù)測試系統(tǒng)中的恒溫控制器對于測量各項(xiàng)參數(shù)隨溫度的變化曲線有著重要作用。本文設(shè)計(jì)了一種以AT89S52單片機(jī)為主控制單元，以DS18B20為溫度傳感器的溫度控制系統(tǒng)。恒溫控制器的硬件電路，包括測溫電路、按鍵電路、溫度控制繼電器電路、LCD液晶顯示電路，AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)等；軟件部分主要包括主程序，讀出溫度子程序，計(jì)算溫度子程序、按鍵處理程序、LCD顯示程序以及數(shù)據(jù)存儲程序等；最后，通過對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試、分析。最終實(shí)現(xiàn)溫度采集、顯示、控制等功能。

2 恒溫器電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)和溫度傳感器相結(jié)合對溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集測量及控制。溫度傳感器對周圍的溫度采集，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在由單片機(jī)送給1602，同時(shí)我們也可以通過按鍵設(shè)置溫度范圍，單片機(jī)控制繼電器的吸合或斷開來模擬控制溫度，這樣溫度就可以控制在我們要求的范圍內(nèi)，并將控制過程中相關(guān)溫度信息通過LCD實(shí)時(shí)顯示。整體電路如圖1所示。

本設(shè)計(jì)的核心部件就是單片機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)芯片的選擇與整個(gè)設(shè)計(jì)息息相關(guān)。通過對幾種單片機(jī)芯片的對比從多方面考慮本設(shè)計(jì)將采用單片機(jī)AT89S52 作為整個(gè)設(shè)計(jì)的重要核心。AT89S52是低功率的高性能8位單片機(jī)，它包含8 k的可以反復(fù)刪除數(shù)據(jù)的只讀存儲器，設(shè)備采用高密度非易失性存儲技術(shù)，兼容標(biāo)準(zhǔn)的C51系統(tǒng)命令，芯片包含普通8位CPU和存儲單元。AT89S52能夠?yàn)楹芏嗲度胧降目刂葡到y(tǒng)提供可靠的解決方法。

控制電路與設(shè)計(jì)系統(tǒng)和芯片兩個(gè)端口連接，由于在控制時(shí)芯片輸出的信號比較小，所以我們考慮需要接入驅(qū)動，這樣后續(xù)電路才能正常工作，考慮到系統(tǒng)剛上電有一個(gè)短暫的高狀態(tài)，所以我們選用9012。當(dāng)檢測溫度不在我們設(shè)定的溫度范圍之內(nèi)，與之對應(yīng)的端口就會發(fā)出一個(gè)低狀態(tài)信號，此時(shí)驅(qū)動器件就會導(dǎo)通啟動工作，這樣kV的內(nèi)部就出現(xiàn)兩種不同電壓，這樣使整個(gè)控溫電路導(dǎo)通，后面的溫控負(fù)載就會工作對周圍溫度做出相應(yīng)改變。如果周圍的溫度達(dá)到我們的要求，系統(tǒng)核心就會發(fā)出一個(gè)信號，這時(shí)控溫電路就停止工作。

溫度設(shè)置部分采用3個(gè)按鈕，3個(gè)按鈕對應(yīng)的功能也不同。S3 被按下后設(shè)定溫度值就會升高，S3與P3.6 口相接；S2被按下后設(shè)定溫度值就會下降，S2與P3.5 口相接。按鈕的按下與否就會影響對應(yīng)芯片接口的信號狀態(tài)發(fā)生變化，整個(gè)過程中產(chǎn)生一個(gè)停止，然后讀取鍵盤值。

3 控制流程

利用LCD1602顯示采集到的溫度，設(shè)定的最低和最高溫度。顯示分辨率為0.1℃。當(dāng)每按下一次設(shè)定溫度下降按鈕時(shí)，設(shè)定的溫度就會加一，最高為400℃。當(dāng)每按下一次設(shè)定溫度下降按鈕時(shí)，設(shè)定溫度就會減一，最低設(shè)定為0℃。如果設(shè)置的最高溫度值比采集的實(shí)時(shí)的溫度值還大那么單片機(jī)就會控制對應(yīng)的繼電器發(fā)生動作。這樣就可以是溫度控制我們需求的范圍內(nèi)。

溫度控制程序的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如下：

①鍵盤掃描、鍵碼識別和溫度顯示；

②溫度采集、數(shù)據(jù)處理；

③越限處理。系統(tǒng)流程圖如圖2所示。

這里需要對程序進(jìn)行調(diào)用，被調(diào)用的分別是顯示、溫度信號、按鍵設(shè)置、報(bào)警這幾個(gè)模塊的子程序。溫度處理：對芯片送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示。LCD1602液晶顯示：向LCD1602液晶的顯示發(fā)送數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)的顯示。按鍵設(shè)定：可以設(shè)定上限溫度和下限，溫度精度為0.1。溫度傳感器在采集溫度前控制芯片會發(fā)出一個(gè)脈沖完成初始化。讀溫度子程序的主要功能是從DS18B20中讀出溫度數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

本文對壓電測試系統(tǒng)中恒溫器的硬件和軟件設(shè)計(jì)的全過程進(jìn)行了闡述。以單片機(jī)AT89S52 作為整個(gè)設(shè)計(jì)的重要核心，使用高精度測溫傳感器DS18B20，實(shí)時(shí)控溫，精度達(dá)0.1℃。溫度最高為400℃，最低為0℃。該恒溫器能夠?yàn)閴弘妳?shù)測試系統(tǒng)提供恒定的溫度。

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基金項(xiàng)目：

河南省教育廳自然科學(xué)計(jì)劃項(xiàng)目（14B510007，14B510005）；鄭州市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（121PYFZX178）；鄭州市科技局科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（20130679，20130685）；校級科研項(xiàng)目（KYZR201305，KYZR201306）。