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基于51单片机的恒温控制系统的设计

张朝阳

【摘要】采用PID算法控制设计了基于51单片机的恒温控制系统,实现了具有远

程通信功能的温度自动化调控.系统主要由控制模块、温度检测模块、通信模块、

显示模块和电源模块5个部分组成.将各恒温控制系统组网可以实现多机协调的智

能温控.

【期刊名称】《吉林师范大学学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2017(038)004

【总页数】5页(P96-100)

【关键词】51单片机;PID控制算法;恒温系统

【作者】张朝阳

【作者单位】吉林师范大学信息技术学院,吉林四平136000

【正文语种】中文

【中图分类】TP368

在现代化的工业设备控制中，恒温系统具有广阔的应用市场.在孵化场中，孵化环

境温度的精细化控制和稳定性对于提高孵化率至关重要.养殖场内的温度调控对于

动物疾病预防也发挥重要作用.在化工产业中，恒温系统更是必不可少.酶的活性直

接关系到了化学反应速率，然而酶的活性受到温度的影响.温度太低，酶无法进入

活跃态，无法催化化学反应，如果温度太高，则会导致酶失去活性.因此温度的检

测和控制十分重要[1-3].

随着电子通信技术和计算机技术的快速发展，采用传感器和单片机控制技术相结合

可以实现智能温度调控[4-5].本文采用PID算法控制，设计了基于51单片机的恒

温控制系统，实现了具有远程通信功能的温度自动化调控.

1.1系统总体框图

恒温控制系统主要由增强型51单片机MPC82G516、Wi-Fi通信模块、显示模块、

温度检测模块、按键模块以及电源模块组成.系统的总体框图如图1所示.

1.2MPC82G516最小系统

图2为MPC82G516单片机最小系统.该最小系统主要包括MPC82G516单片机

主体，复位电路以及时钟电路.其中复位电路包括自动复位和手动复位.

时钟电路：晶振决定了单片机的时钟信号，晶振频率越高，时钟周期越短，相对应

的，能源消耗也会变大.使用单片机时，不一定需要固定的晶振电路，通过对

XTAL1脚直接输入外部振荡信号，就可使得单片机正常工作，但因为外部电路构

造复杂，不如内部直接接入晶振稳定，所以一般没有特殊要求都选择内部方式.此

次设计选用的为12M的晶振.为了保证系统的稳定性，经过计算与实验验证，我

们选用33pF陶瓷电容.同时在安装电容的过程中，也要可能让电容靠近单片机的

距离，防止信号干扰[7-8].

复位部分：当系统内部数据溢出或因为其他问题导致系统死机时，需要利用复位口

进行系统复位.复位口持续拉高时，系统将被复位.复位后所有I/O将被重置为高电

平，特殊的寄存器里的数据也将被清空.当引脚重新被拉低时，整个系统恢复运行.

此功能在系统遭遇异常情况时可将系统恢复到原始状态以便进行操控，复位与断电

重启不同的是，在复位过程中RAM中存储的数据并不会丢失.利用此特点可更为

灵活的使用复位功能.

1.3无线通信模块

1.3.1NRF2401无线通信模块

nRF24L01的各引脚功能如图3所示.

NRF24L01模块包括接收、发射、待机、掉电等多种工作模式.其中，待机模式优

于其他通信模块.待机模式分为两种，其一为系统仍处于工作状态，系统运行效率

较低，功耗也随之减小.其二，系统处于不工作的状态.在此模式下，能够很好地保

存系统内部的寄存器数据[9].

1.3.2Wi-Fi模块

目前，市场上的Wi-Fi模块较多.本设计采用接口电路简单且易于与单片机进行连

接的Simple串口Wi-Fi模块.Simple串口Wi-Fi芯片原理图如4所示.该模块采用

5V供电，模块的42、35脚为电源接口和地线，40、41引脚分别为串口数据输

出和串口数据输入引脚，通过与微处理进行连接，通过串口传输的方式，即可进行

通信.

1.4温度传感器模块

本设计采用DS18B20温度传感器进行温度的检测.DS18B20测量得到的数字信号

可以直接送到单片机进行处理，省去了信号放大和滤波电路.温度采样电路原理图

5所示，在信号线上外接10kΩ的上拉电阻，可以减小信号在传输过程中衰减，

起到了增大信号传输距离的作用[10].

1.5温度控制模块

当检测到的当前环境温度没有达到预设的恒温环境时，将启动加热装置对温度进行

调节，本设计