摘 要：本文以PIC單片機及DS18B20傳感器為基礎(chǔ)技術(shù)，對果蔬保鮮箱溫控系統(tǒng)進行設(shè)計，達到對整個系統(tǒng)溫度這個重要參數(shù)的實時監(jiān)測的目的。同時，本文利用Protues軟件對設(shè)計的內(nèi)容進行了仿真調(diào)試，驗證了設(shè)計內(nèi)容的科學性。

關(guān)鍵詞：果蔬保鮮箱；溫控系統(tǒng)；PIC16F877；DS18B20

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.004

在傳統(tǒng)果蔬保鮮箱的溫控系統(tǒng)中，設(shè)計者往往以51單片機作為核心處理器來進行主控電路的設(shè)計。由于溫度傳感器技術(shù)更新非?？?，大部分都是數(shù)字式溫度傳感器，如果在對整個主控系統(tǒng)進行設(shè)計之初還選用51單片機作為核心控制器來進行設(shè)計，這樣就會因為51單片機自身的技術(shù)特點，出現(xiàn)外圍電路比較復雜、實時顯示不準確、抗干擾性差等問題[1]。

綜合以上出現(xiàn)的這些問題，本文在設(shè)計中利用PIC單片機數(shù)字化的特點，簡化了A/D轉(zhuǎn)換電路，使得監(jiān)測數(shù)據(jù)信號數(shù)字化，能夠更加方便和準確的實現(xiàn)LED顯示。與此同時，本文中還將PIC單片機與DS18B20數(shù)字溫度傳感器相配合，這樣既可以避免諸如水銀溫度計等傳統(tǒng)測量儀器容易出現(xiàn)的測量誤差，還能夠減少傳統(tǒng)溫度監(jiān)測系統(tǒng)繁多復雜的外圍電路[2]，力爭讓整個系統(tǒng)體現(xiàn)下述技術(shù)優(yōu)勢：

（1）整個溫控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單電路簡潔。

（2）整個系統(tǒng)的溫度監(jiān)測實時性好。

（3）整個溫度系統(tǒng)溫度的可視化。

（4）整個溫控系統(tǒng)溫度上下限可調(diào)節(jié)。

（5）整個系統(tǒng)采集的溫度參數(shù)可靠性高。

（6）整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性高不易出現(xiàn)系統(tǒng)故障。

（7）整個系統(tǒng)的響應(yīng)速率快做到升溫迅速。

1 溫度檢測系統(tǒng)主要功能及工作原理

針對果蔬保鮮實際應(yīng)用中出現(xiàn)的溫度不宜調(diào)節(jié)，檢測數(shù)據(jù)不準確等問題，本文通過合理選用控制器件和使用較好的材質(zhì)等相關(guān)的方法來滿足設(shè)計的需要，獲得各項較合理的設(shè)計數(shù)據(jù)和較優(yōu)化的設(shè)計方案，并對整個溫控系統(tǒng)的主控程序進行逐個的研究和理論計算，力爭達到提出的各項性能指標[3]。

整個溫控系統(tǒng)的工作原理：通過在果蔬保鮮箱內(nèi)安裝一個DS18B20數(shù)字溫度傳感器來對果蔬保鮮箱的當前溫度值進行數(shù)據(jù)采集，并將采集來的溫度數(shù)據(jù)傳輸給PIC單片機進行數(shù)據(jù)處理，然后在把經(jīng)過單片機處理過后的溫度值在發(fā)送給LED液晶顯示器進行溫度的實時顯示，整個系統(tǒng)的工作原理圖如圖1所示。

整個溫度控制系統(tǒng)中主要完成以下幾個主要內(nèi)容的工作：

（1）溫度的采集。我們把DS18B20數(shù)字溫度傳感器安放在果蔬保鮮箱內(nèi)部。當果蔬保鮮箱溫控通電時同時也給單片機上電，這樣就實現(xiàn)了溫度傳感器與單片機之間的通信，在程序設(shè)計的時候我們編寫好讓溫度傳感器采集來的溫度值上傳給PIC單片機，然后在經(jīng)過單片機處理之后通過總線發(fā)送給LED讓其顯示當前監(jiān)測到的溫度數(shù)值。

（2）溫度比較。溫度比較經(jīng)過三個部分組成：

第一，在剛給果蔬保鮮箱溫控系統(tǒng)進行通電時溫度傳感器監(jiān)測到的溫度與設(shè)定溫度下限進行比較這時候監(jiān)測到的溫度會低于下限溫度，經(jīng)過單片機處理之后單片機將發(fā)出一個信號讓兩個繼電器同時接通這時候三根電火絲同時給箱內(nèi)加熱。這樣能夠讓箱內(nèi)迅速升溫，提高了升溫的效率。

第二，當通過電源一段時間經(jīng)過三個電熱絲加熱之后果蔬保鮮箱內(nèi)的溫度迅速身高到一定的范圍，這時候監(jiān)測到了溫度值將于設(shè)定溫度的上下限進行比較，當出現(xiàn)當前溫度值高于設(shè)定溫度的下限而又低于設(shè)定溫度的上限時，經(jīng)過單片機處理之后將發(fā)出一個信號這時候?qū)嚅_其中的一個繼電器，這樣就起到節(jié)約電能。

第三，當由于某些原因讓溫度持續(xù)上升超過了設(shè)定穩(wěn)定的上限時，這時候單片機會發(fā)出一個信號使得兩個繼電器同時斷開停止給箱內(nèi)加熱，讓果蔬保鮮箱的溫度慢慢的降低。這樣有效的避免了因為溫度過高而引發(fā)火災(zāi)的情況。

2 溫控系統(tǒng)主要電路設(shè)計

溫控系統(tǒng)主要電路如圖2所示。當接通電源按下“運行”按鈕時，整個電路將開始運行起來，DS18B20溫度傳感器將對外部的溫度進行測量，把測量的數(shù)據(jù)傳輸給PIC單片機進行相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換將采集來的二進制代碼轉(zhuǎn)換為十進制代碼顯示在中間的兩個LED數(shù)碼管上，在運行的同時左邊的兩個數(shù)碼管顯示溫度的上限，右面顯示的是溫度下限。在編寫程序時候我們把溫度的上限設(shè)置為39度，溫度的下限設(shè)置為29度讓他們的溫差在10度。

RA5和RE1兩個端口連接兩個燈泡，在設(shè)計時之時為了更好的觀察效果，本文選用了兩個燈泡來代替繼電器使得設(shè)計整個設(shè)計能夠更加的直觀，在實際的應(yīng)用中只需要把兩個燈冒泡換成兩個繼電器就可以了。

整個系統(tǒng)的運行過程為溫度傳感器通過采集外界環(huán)境的溫度值來與設(shè)定溫度的上下限進行比較當剛通電時，果蔬保鮮庫內(nèi)的溫度低于設(shè)定溫度的下限這時候兩個繼電器同時接通三根電熱絲同時給箱內(nèi)供熱，當加熱一段時間后果蔬保鮮庫的溫度將會升高這時候測得的溫度高于下限溫度這時候其中的一個繼電器端口整個庫內(nèi)的供熱由一根電熱絲來完成，通常情況下庫內(nèi)溫度將會穩(wěn)定在這個范圍內(nèi)，但是由于某些原因?qū)е孪到y(tǒng)的溫度持續(xù)升高，這時候監(jiān)測到的溫度將會高于設(shè)定溫度的上限，這時候兩個繼電器將同時被斷開，溫控系統(tǒng)將繼續(xù)工作。

用戶可以根據(jù)自身需要來對整個溫控系統(tǒng)的溫度上下限進行重新設(shè)定，使其得到一個非常舒適的溫度范圍，為了更好的保護電熱絲的時候壽命整個系統(tǒng)的最高溫度只能夠調(diào)制到39度，這樣的這個溫度值已經(jīng)完成能夠滿足果蔬保鮮箱的日常使用需要了。

3 溫控系統(tǒng)的仿真調(diào)試

對于上述設(shè)計的溫控系統(tǒng)，本文用四個按鍵來調(diào)節(jié)設(shè)定溫度的上下限，通過改變不同的溫度上下限來觀察實際的效果。為便于在仿真中觀察實際的效果，選用了LED燈來代替繼電器（繼電器的接通和斷開相當于燈泡通電發(fā)光斷電熄滅）。endprint

下面將通過三個方面來測試系統(tǒng)并觀察實際的效果看能否滿足實際的需求和設(shè)計的期望。

（1）仿真初始狀態(tài)。打開仿真環(huán)境，根據(jù)設(shè)計的需要結(jié)合整個設(shè)計結(jié)構(gòu)框架圖會指出整個虛擬仿真的設(shè)計點圖并做好初始的準備工作，單擊“調(diào)試”按鈕，選擇“開始”重新啟動調(diào)試》，或者直接單擊。開始仿真。整體電路的實際設(shè)計圖。

（2）測量溫度與下限溫度對比。當剛給果蔬保鮮箱通電時，這時候DS18B20溫度傳感器測得的溫度低于設(shè)定溫度的下限這時候兩個燈泡同時被接通起效果圖如圖4所示：

（3）測量溫度在上下限溫度之間。當給果蔬保鮮箱通電一段時間之后箱內(nèi)的溫度將得到升高DS18B20溫度傳感器測得的溫度將高于設(shè)定溫度的下限同時低于設(shè)定溫度的上限這時候其中一個燈泡將會熄滅，如圖5所示[4]：

（4）測量溫度高與上限溫度。當由于某種特殊的原因讓果蔬保鮮箱內(nèi)的溫度持續(xù)的上升直到超過了設(shè)定溫度的上限時，這時候兩個燈泡會同時熄滅停止給果蔬保鮮箱加熱直到溫度降低，這樣也可以有效的避免火災(zāi)的發(fā)生，如圖6所示：

4 結(jié)束語

在設(shè)計和仿真調(diào)試的過程，PIC16F877A單片機選擇晶振為4MzH的復位電路，從而實現(xiàn)了整個溫控電路基本上實現(xiàn)了測量溫度低于設(shè)定溫度下限時兩個繼電器同時被接通，測量溫度在設(shè)定溫度的上下限之間時只有一個繼電器被接通。當測量溫度高于設(shè)定溫度的上限時兩個繼電器將同時被斷開，整個電路停止工作[5]。

通過仿真調(diào)試的環(huán)節(jié)表明，本紋提出的方案可行，硬件的設(shè)計合理，參數(shù)的選定準確，軟件的功能正確，溫控系統(tǒng)基本能夠滿足果蔬保險箱的日常使用要求。

參考文獻：

[1]高毅.基于電火花線切割機床脈沖電源的主控電路改進研究[J].貴陽學院學報（自然科學版），2009，11（04）：41-42.

[2]何慧娟，何芝仙，趙轉(zhuǎn)哲.基于DS18B20的單片機溫控系統(tǒng)[J].科技信息，2008（01）：149-150.

[3]朱清慧，陳紹東.Proteus實例教程[M].北京：清華大學出版社，2013：15-23.

[4]劉湘濤.單片機原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006：105-119.

[5]劉和平.PIC16F87X單片機實用軟件與接口技術(shù)—C語言及其應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2003：43-58.

作者簡介：高毅（1978-），男，苗族，貴州貴陽人，碩士，副教授，研究方向：機械工程及其自動化。endprint