溫度測控系統(tǒng)之硬件模塊設(shè)計

本文主要介紹的基于AT89C51單片機(jī)的溫度測控系統(tǒng)中最重要的一環(huán)：硬件模塊設(shè)計。以下是該溫度測控系統(tǒng)中各個模塊及其工作原理。

1 溫度檢測模塊

該系統(tǒng)溫度測量部分采用DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20，它具有微型化、低功耗、高性能抗干擾能力、測量范圍廣、強易配處理器等優(yōu)點，DS18B20可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號給單片機(jī)處理，它具有三引腳TO-92小體積封裝形式，溫度測量的范圍為-55～+125℃，測溫分辨率可達(dá)到0.062 5℃。

2 4×4行列式按鍵模塊

該系統(tǒng)采用4×4行列式矩陣按鍵輸入，其中除了0～9這10個相應(yīng)數(shù)字溫度按鍵外，還設(shè)計了溫度重設(shè)按鍵、確定按鍵、零下溫度選擇按鍵和小數(shù)點按鍵等用來控制溫度。該系統(tǒng)采用的是非編碼式鍵盤，按鍵的識別采用的是全局掃描法。

3 主控模塊

該設(shè)計采用AT89C51單片機(jī)作為主控芯片。該芯片是一款高性能的CMOS 8位微處理器，自帶4 KB閃存，產(chǎn)品性價比高，滿足系統(tǒng)的設(shè)計需求。該系統(tǒng)中主控芯片AT89C51不斷的對采集到的溫度信號與輸入的控制溫度進(jìn)行比較，若超出設(shè)定范圍則啟動升溫或降溫裝置，直至溫度到達(dá)設(shè)定的范圍區(qū)間內(nèi)。

4 溫度控制模塊

該系統(tǒng)溫度控制電路中，單片機(jī)通過三極管的通斷控制繼電器，達(dá)到控制電熱器的目的。當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度下限時，單片機(jī)發(fā)送低電平信號經(jīng)過74LS04非門電路后變?yōu)楦唠娖?，使NPN型三極管導(dǎo)通，繼電器使電源與電熱器接通，電熱器加熱，溫度慢慢升高。當(dāng)溫度高于設(shè)定溫度上限時，單片機(jī)發(fā)送高電平信號經(jīng)過74LS04非門電路后變?yōu)榈碗娖?，使NPN型三極管截止，繼電器使電源與制冷系統(tǒng)接通，制冷系統(tǒng)工作，溫度慢慢降低。當(dāng)繼電器突然斷電時，會產(chǎn)生很大的反向電流，反接在三極管兩端的二極管可將反向電流分流，達(dá)到保護(hù)三極管的作用。

5 測溫控溫顯示模塊

該設(shè)計顯示部分采用2個4位8段共陽極數(shù)碼管7SEG-MPX4-CA。一個數(shù)碼管用于顯示當(dāng)前環(huán)境溫度，另外一個數(shù)碼管用于顯示設(shè)定溫度。為了節(jié)省I/O口，本設(shè)計通過74LS04雙2線-4線譯碼器連接兩個數(shù)碼管的位碼。

本文設(shè)計的溫度測控系統(tǒng)，采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器實時采集環(huán)境溫度，采用4×4矩陣按鍵自由設(shè)定溫度上限和下限，AT89C51單片機(jī)負(fù)責(zé)處理采集的溫度數(shù)據(jù)和發(fā)送控制溫度信號，將環(huán)境溫度和設(shè)定溫度通過數(shù)碼管7SEG-MPX4-CA實時顯示。