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基于单片机的温度控制系统
The Design of Temperature Control System
Based on SCM
摘 要
本文提出的温度采集控制系统以单片机（AD590）为核心，由控制部分、显
示部分和温度测量部分组成。该系统大部分功能通过硬件来实现，电路简单明了，
系统稳定性很高。
这套温度控制系统可以方便地实现温度测量、温度显示等功能，并通过与单
片机连接的键盘可以实时设定测控温度的下限，还可以连接相应的外围电路，在
收到单片机发出的指令后对环境进行检测
本文首先描述系统硬件工作原理，并附以系统结构框图加以说明，着重介绍
了本系统所应用的各硬件模块的功能和它的工作过程；其次，详细阐述了程序的
各个模块及其实现过程。本系统的主要设计思想是以硬件为基础，软件和硬件相
结合，最终实现各个模块的功能。
关键字：单片机；温度采集；硬件模块
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ABSTRACT
The design and implementation of temperature control system based on SCM
(AD590), it makes up of control part, display part and temperature testing part. Most
functions of this system are realized by hardware, the electric circuit is reliable, and
the system can achieve higher stability.
The system can measure and display the temperature, set the limit figure of
temperature by the keyboard which connects with SCM instantly, and still can link
corresponding peripheral equipment to heat the environment up after received the
instruction that SCM issued.
Firstly, the working principle of hardware is described in this paper which adds
the structural block diagram for explanation. This paper emphatically introduces the
functions and working process of each applied module. Secondly, this text expounds
the functions of each module of program. The dominant thought of this text is that
hardware is regarded as the foundation, software combining with hardware to
actualize the functions.
Key Words: SCM; Temperature collection; Hardware module
1 引 言
在国民经济各部门，如电力、化工、机械、冶金、农业、医学以及人们的日
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常生活中，温度检测是十分重要的。在许多模拟量控制和监视应用中，温度测控
通常是基于 -40℃～125℃温度范围内的应用，如环境监测、蔬菜大棚、粮库、
热电偶冷端温度补偿、设备运行的可靠性等应用。实时采集温度信息，及时发现
潜在故障，并采取相应的处理措施，对确保设备良好运行具有重要意义。
本文介绍了一个基于单片机的温度控制系统,该系统可以方便地实现温度采
集、温度显示等功能。本系统的温度控制部分采用单片机完成。单片机有着体积
小、功耗低、功能强、性能价格比高、使用电子元件较少、内部配线少、制造调
试方便等显著优点，将其用于温度检测和控制系统中可大大地提高控制质量和自
动化水平，具有良好的经济效益和推广价值。利用单片机对温度进行测控的技术，
日益得到广泛应用。
在众多的温度控制系统中，测温元件常常选用热敏电阻、半导体测温二极管、
三极管、集成温度传感器等。相比而言，集成温度传感器具有线性好、稳定度高、
互换性强、易处理等突出优点，故在许多场所得到了广泛应用。本系统中单片机
作为下位机，完成测温任务，并通过与单片机连接的键盘可以实时设定测控温度
的下限。本系统还可以连接相应的外围加热电路，当环境温度低于设定下限温度
时，单片机发出的指令，加热器起动对环境进行加热，当温度回升到下限温度时
加热器停止加热。为了便于操作，还设计一个简单的操作面板，它主要由键盘与
按钮开关组成，通过操作面板可以进行系统的开停、RESET、设置温度下限告警
值等。键盘输入部分采用了键盘专用 IC 74C922,简化了软件编程，用起来非常
方便。
系统软件主要由初始化程序、主程序、监控显示程序等组成。其中初始化程
序是对单片机的接口工作方式，A/D 转换方式等进行设置；显示程序包括对显示
模块的初始化、显示方式设定及输出显示；主程序则完成对采集数据进行处理。
该系统应用范围相当广泛，同时采用单片机技术， 由于单片机自身功能强
大，因而系统设计简单，工作可靠，抗干扰能力强，也可在此基础上加入通信接
口电路，实现与上位机之间的通信。
2.1 功能与设计要求
这套温度采集、控制系统可以方便地实现温度测量、温度显示等功能，并通
过与单片机连接的键盘可以随时设定测控温度的下限，还可以连接相应的外围电
路，在收到单片机发出的指令后对环境进行监测，当温度回升到下限温度时加热
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器停止监测。
1、采集温度并显示温度值。对温度控制器而言，最基本的功能是测温功能
即能时时采集被测环境的温度并通过显示部分显示出来。
2、设定测控温度下限。温度采集一般都具有设定限定温度功能，即预设一
个温度值，一旦温度低于这个温度值，控制器就会发出提示，连接相应的外围电
路就可以对环境进行检测。
3、采用专用直流供电电源。与其它的温度控制器相比，本系统的温度采集
器输出模拟电流，易受干扰。因而必须以专用直流电源供电，分别为模拟部分和
数字部分提供专用电压。
2.2 方案论证
方案一
采用美国 DALLAS 半导体公司继 DS1820 之后推出的一种该进型智能温度传感
器 DS18B20 作为检测元件，检测范围—55~125℃，最大分辨率可达 0． 0625℃。
DS18B20 可以直接读出被测温度值，而且采用三线制与单片机相连，减少了外部
的硬件电路，具有低成本和易使用的特点，
本电路由 3 个模块组成；主控制器，测温电路及显示电路。
主控制电路；
单片机 AT89C2051 具有低电压供电和小体积等特点。
显示电路；
采用 4 位共阳 LED 数码管，从 P1 口输出段码，到扫描用 P3.0-P3.1 口来实
现，列驱动用 9012 三极管。
DS18B20 与单片机的接口电路
DS18B20 可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方法，如图此时
DS18B20 的 1 脚接地，2 脚作为信号线，3 脚接电源，另一种是寄生电源供电方
式，单片机接口接单线总线，为保证有效的 DS18B20 时钟周期内提供足够的电
源，可用一个 MOSFET 管来完成总线的上位。
DS18B20
AT89C2051
主控制器
显示电路
扫描驱动
4.7K
VCC
DS18B20 DS18B20 DS18B20VCC
单片机
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当 DS18B20 处于写存储器操作和温度 A／D 转换操作时，总线上必须有强的
上位，上位开启时最大为 10 uA。采用寄生电源供电方式时 VDD 和 GND 端军接地。
由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。
方案二
由 AD590 配以 ADC0809。ADC0809 是最常用的 8 位模数转换器，属于逐
次逼近型。ADC0809 采用单一的+5V 供电，片内有带锁存功能的 8 路模拟开关，
可对 0—5V，8 路模拟信号分时进行转换，完成一次转换的的时间是 100US，数
字输出信号具有 TTL 三态锁存器，可以直接与 AT89C51 相连。
2.2.1 方案比较
方案一中使用 DS18B20 采集温度，结构较复杂，价格也稍显昂贵，适合较大
规模的工业农业使用。成本较高故从以上两种方案，很容易看出采用方案二，电
路不仅比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二
系统组成方框图
2.2.1 传感器的选择
测量温度有很多传感器。热电偶灵敏度较低，但能在很宽广的温度范围内使
用；热敏电阻的工作温度范围较窄，但灵敏度高，有利于检测微小温差，其输出
特性量非线性，检测时需要有线性化装置；廉价的集成电路（IC）温度传感器性
能离散度很大，用于高精度测量时，必须进行校准；测温铂电阻温度系数的离散
度很小，精确度高，灵敏度也较好，特别适用于 1000 度以下的温度测量 ，但价
格昂贵。
集成电路温度传感器利用了半导体 PN 结电流电压特性和温度的相关性，与
热敏电阻、热电偶相比 ，最大优点是输出线好，测温精度较高。感温部分、传
感器驱动部分、信号处理部分等电路均集成化并封闭在一个小型管壳内，使用方
