摘 要

从古至今，温度在自然环境、人类社会甚至外层空间中一直起着极其重要的作用。在农业，工业，实验研究等各个领域，温度是检测被控对象的实际状态的最基本物理量之一。随着社会的发展，人们对于各种参数尤其是温度的监测和控制提出了越来越高的要求。同时伴随着科学技术的进步与现在互联网持续的延伸和扩展，智能化、网络化是恒温装置自动控制在目前与未来发展的主要的研究方向。

本文主要以STC89C52单片机为基础对恒温装置自动控制策略来进行详细的研究。采用的电路是：以STC89C52作为CPU建立单片机最小系统；使用DS18B20作为温度采集监测元件对研究对象的温度进行实时采集监测；四位共阴极LED数码管作为显示模块来实现简单的温度显示；用户可使用独立键盘进行对温度变化范围即温度报警的上下限自定义。当单片机检测的温度超过预设的报警值时，发出指令让蜂鸣器联合LED发出声光报警，并驱动加热或者冷却装置开始工作来确保温度保持一个恒定的温度范围内。

此结构的恒温控制，凭借简单可靠，成本低廉，控制精度高的优势，可进一步拓展未来市场。

关键词： STC89C52；恒温控制；DS18B20

Research on Automatic Control Strategy of Constant Temperature Device

ABSTRACT

Since ancient times, temperature has played an extremely important role in the natural environment, human society and even outer space. In agriculture, industry, experimental research and other fields, temperature is one of the most basic physical quantities to detect the actual state of the controlled object. With the development of society, people put forward higher and higher requirements for monitoring and controlling various parameters, especially temperature. At the same time, with the progress of science and technology and the continuous extension and expansion of the Internet, intelligent and networked control of thermostats is the main research direction in the current and future development.

In this paper, based on STC89C52 MCU, the automatic control strategy of thermostat is studied in detail. The circuit adopted is: using STC89C52 as CPU to establish the minimal system of single chip computer; using DS18B20 as temperature acquisition and monitoring element to collect and monitor the temperature of the research object in real time; using four-bit common cathode LED digital tube as display module to realize simple temperature display; users can use independent keyboard to customize the range of temperature change, that is, the upper and lower limit of temperature alarm. When the temperature detected by MCU exceeds the preset alarm value, the buzzer and LED will send out sound and light alarm, and drive the heating or cooling device to start working to ensure that the temperature keeps in a constant temperature range.

With the advantages of simple and reliable, low cost and high control precision, the constant temperature control of this structure can further expand the future market.

Key words: STC89C52; Constant temperature control; DS18B20

目 录

1 绪论 1

1.1概述 1

1.2 国内外发展现状 1

1.2.1 国外研究现状 1

1.2.2 国内研究现状 2

2 系统总体方案设计 3

2.1 设计要求 3

2.2 方案选择 3

2.2.1 主控制器的选择方案 3

2.2.2 传感器的选择方案 3

3 系统硬件设计 5

3.1 整体方案设计 5

3.2 最小系统模块 5

3.2.1 STC89C52简介 5

3.2.2 最小系统电路 8

3.3 DS18B20传感器电路 9

3.3.1 DS18B20介绍 9

3.3.2 内部结构及工作原理 10

3.4 数码管显示模块 14

3.4.1 数码管简介 14

3.4.2 数码管驱动方式的分类 15

3.4.3 数码管驱动电路 16

3.5 报警模块 16

3.6 按键输入模块 17

3.7 制冷/加热模块 18

4 控制策略 19

4.1 PID控制 19

4.1.1 PID控制原理 19

4.1.2 PID控制的优缺点 19

4.2 模糊控制 20

4.2.1 模糊控制系统基本原理 20

4.2.2 模糊控制的优缺点 20

4.3 控制策略选择 20

5 软件设计 22

5.1 程序语言及开发环境 22

5.2 程序流程图设计 22

5.2.1 总体程序流程图设计 22

5.2.2 温度传感器程序设计 24

5.2.3 按键扫描程序 26

5.2.4 报警处理程序 26

5.2.5数码管动态扫描程序设计 26

6 恒温装置自动控制系统仿真 29

6.1系统仿真设计 29

6.2系统仿真结果 29

7 硬件组装与调试 32

7.1 元器件的选择与测量 32

7.2 元件的焊接与组装 33

7.3 电路的调试 33

结 论 35

鸣 谢 36

参考文献 37

1 绪论

1.1概述

温度的变化对不论是对人们的日常生活，还是工业生产都会产生一定程度的影响。所以如何精确、有效地对温度进行测量和控制是在各个领域里迫切需要解决的重要问题。

合适的温度在对于产品生产质量、生产效率、生产安全、能耗控制、运输储存等各方面都是能够起着积极的作用，相反，不合宜的温度可能会造成截然不同的现象。所以在工农业生产、科学研究中温度一直是一个普遍但又十分重要的参数。但是由于温度测量和控制的对象广泛性，对于初期的温度控制器--机械式温度控制器现如今已经难以满足现在复杂的环境场合。尤其时在要求自动化、高效化、高精度的工业生产领域中难以担负着重要的任务，比如电力工程、机械制造等地方。在日常生活中，家电、汽车对温控装置是越来越追求小型化、节能的。如今单片机得到广泛应用，智能温度控制器成为了如今的潮流。

单片机以价格低廉、可编程等种种特点，能够担任自动化与智能化任务。所以本文选用数字温度传感器（DS18B20）检测外部温度并传达给STC89C52单片机，交由STC89C52处理并控制相关元件进行恒温自动控制。

1.2 国内外发展现状

1.2.1 国外研究现状

20世纪70年代，国外开始了对恒温装置自动控制技术方面的相关研究（早于国内）。经历过模拟式的组合仪表、80年代末的集散控制、90年代的智能温控仪。国际上的温控研究还是领先与国内，从那时已经研发出了多种智能温度控制控产品。伴随着以计算机为基础的控制算法不断的改进和创新，产生了新类型的控制算法如自适应PID控制，模糊PID控制，智能PID控制等等。如今在恒温控制这方面的研究，美国、日本、德国任然处于技术领先的位置，并且基本实现自动化。而温度探测的仪器仪表以及温度控制器的体型越来越小，精度越来越高，也更加的智能化。

1.2.2 国内研究现状 

我国在关于恒温装置自动控制技术方面的研究相较于美国是比较晚，在上世纪80年代才开始相关研究。经过上一辈的国内技术人才对国外先进的温度控制技术的研究学习，国内才慢慢学习领略到了室内温控技术，逐渐地能够对温控技术进行简单阶段向应用。但还是因为主要以一种变化因素变化而进行控制的PID控制器为主，没有掌握多种参数控制的的温度控制系统，对于复杂、时变、滞后的温度系统是难以应对的。对于综合性应用仍然处于过渡阶段和发展阶段。在加入WTO之前，面对生产环境控制水平落后，相关的配套设备短缺、稀少，产品产业化程度低，产品可靠性差等问题，恒温装置的实际生产中，其生产质量远远不能达到工厂化的程度。但随着我国经济的发展以及后来加入世贸，企业、国家政府以及各科领域对温度控制的重视，国家自研能力得到提高，我国的恒温设备控制领域得到长足的发展。