基于单片机的智能恒温储物柜设计.pdf

Microcomputer Applications Vol.39,No.9,2023文章编号：10 0 7-7 57 X(2023)09-0045-05基金项目基于单片机的智能恒温储物柜设计微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第9 期张晨洋，文欢，李薇，刘权志，祁博（新疆农业大学，计算机与信息工程学院，新疆，乌鲁木齐8 30 0 52）摘要：针对传统储物柜不具备恒温储藏功能的问题，设计一款智能恒温储物柜。该储物柜根据设定的阈值实现自动加热或制冷，达到恒温控制的目的。AT89C51单片机根据DS18B20温度传感器采集的实时温度信息，控制加热片或制冷风扇进行工作。同时，利用LCD1602液晶显示模块显示当前储物柜内的温度数据和设置的阈值范围，当储物柜内的实时温度超过阅值时声光报警。关键词：单片机；储物柜；恒温控制中图分类号：TP273文献标志码：AThe Intelligent Constant Temperature CabinetBased on Single Chip MicrocomputerZHANG Chenyang,WEN Huan*,LI Wei,LIU Quanzhi,QI Bo(College of Computer and Information Engineering,Xinjiang Agricultural University,Urumqi 830052,China)Abstract:Aiming at the problem that the traditional storage cabinet does not have the function of constant temperature storage,an intelligent constant temperature storage cabinet is designed.The storage cabinet can realize the function of constant tempera-ture control and judge whether heating or cooling is required according to the set threshold.The AT89C51 single chip micro-computer controls the heating sheet or cooling fan according to the real-time temperature data collected by the DS18B20 temper-ature sensor.At the same time,the LCD1602 LCD module is used to display the current real-time temperature in the cabinetand the set threshold range.When the real-time temperature in the cabinet exceeds the threshold,an audible and visual alarmcan begiven.Key words:single chip microcomputer;storage cabinet;constant temperature control度超过阈值时声光报警。使用者无须一直关注储物柜内的0引言温度，可在声光报警时查看当前结果，确定系统是否正常随着社会发展和科技进步，人们对于物品储藏的需求更工作 5-7 。加多样化。不同的物品有着不同的储藏温度，例如，一些特1设计方案殊药品需要在0 8 恒温储藏，饭菜在6 0 保温可防止细菌滋生，红酒需储藏在10 15的温度条件下，而香烟、茶叶则需低温储藏 1-2 。同时，在农业、医药、化学、物流等多领域对物品恒温储存方面都有着不同的需求，如农业生产种植过程中对和子的储存，医药领域常用于血液、药剂等物品的储藏，化学实验室药品的存放以及物流中对食品的冷链运输等 3-4。因此，设计一款可以智能调节温度的储物柜显得至关重要。本文基于AT89C51单片机设计一种智能恒温储物柜。当电源开启时，该恒温储物柜内温度检测模块开始实时检测温度数据，并通过液晶显示储物柜内温度及阈值，在实时温基金项目：新疆农业大学大学生创新项目（dxscx2021323）作者简介：张晨洋（2 0 0 1一），男，本科，研究方向为物联网工程；李薇（2 0 0 1一），女，本科，研究方向为食品质量与安全；刘权志（1999一），男，本科，研究方向为物联网工程；祁博（1999一），男，本科，研究方向为物联网工程。通信作者：文欢（1991一），女，硕士，讲师，研究方向为物联网应用技术。本设计采用AT89C51单片机作为控制主体，DS18B20温度传感器模块实时检测储物柜内温度，并将测得的温度数据传送至单片机进行处理，单片机根据测得的温度数据通过继电器驱动对恒温控制模块进行智能控制，实现自动化的恒温控制功能。同时，将温度数值及值显示在LCD1602模块上，当温度超过阈值时，进行声光报警。恒温控制系统整体设计如图1所示。2硬件设计智能恒温储物柜包括温度检测模块、恒温控制模块、显45Microcomputer Applications Vol.39,No.9,2023示模块、报警模块及按键模块，其硬件电路设计如图2 所示。阅值设置按键模块AT89C51H恒温控制模块继电器驱动负载温度检测温度检测模块图1恒温控制系统整体设计框图基金项目2.1温度检测模块显示模块阅值及实时工报警模块超出阅值时报警TH:40 T L:10 微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第9 期温度传感器是温度检测模块的核心。采用AT89C51作为控制主体，当储物柜接通电源时，DS18B20温度传感器立刻将储物柜内测得的实时温度发送至单片机处理，单片机判断实时温度超出阈值范围后，继电器驱动相应负载进行工作，从而实现温度的恒温控制8 。NowTem:024.0SR30 pFC30PFC.10uF4RQ1PNPD2LED-YELLOWR.，2.2kDS18B20是一种体积小、精度高、抗干扰能力强的温度传感器。该传感器精度可达士0.5，可检测温度范围为一5512 5。DS18B20有3个引脚，分别为电源引脚VCC和GND,以及1个数据引脚，用来读取温度数据 9。温度检测模块电路如图3所示。P3.4/TO14P3.5/T11516P3.6/WR17P3.7/RD图3温度检测模块电路图2.2恒温控制模块恒温控制模块是储物柜实现恒温储藏的关键所在。恒温控制模块由继电器、制热模块和制冷模块构成，使智能恒温储物柜内温度在0 6 0 的范围内进行调节。其中：继电器采用PNP型三极管驱动，低电平导通，同时与LED并联，通过LED灯的亮灭判断继电器是否正在工作；制热模块采用2 2 0 V加热片的加热方式；制冷模块采用半导体制冷片提1k豆X112MHz10kR1kRL15V降温继电器图2 智能恒温储物柜的整体电路原理图供冷气来源，其外部接有2 个风扇，分别达到散热和风冷的效果，这样不会使得阈值设置过低，从而发生恒温储物柜内起霜的现象。恒温控制模块具体电路如图4所示。2.3显示模块采用LCD1602作为液晶显示模块，LCD1602拥有16 个引脚，16 列2 行，可显示32 个字符。1脚VSS接地，2 脚R2VDD接电源正极，3脚VEE控制液晶的清晰度，RS、RW、E2.2k为液晶控制引脚,DOD 7 为8 个数据接口10。显示模块具4U33vcc2DQ2.0GNDDS18B20RP1U119XTALI18XTAL29RSTPSEN3EAALEPI.0AT89C51PO.O/ADOPO.1/ADI38PO.2/AD2PO.3/AD336PO.4/AD435PO.S/ADS34PO.6/AD6233PO.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2:2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A1528P3.0/RXDP3.1/TXD出P3.2/INTO12P3:3/INTIP3.4/TO4P3.8/WRP3.5/T16P3.7/RD4U334vccDQ24.0Q2ONDODS18B20PNPDILED-REDR.2.2k46.10k25EN体电路如图5所示。2.4报警模块及按键模块报警模块由1个蜂鸣器、PNP型三极管和电源构成。它的作用是让使用者知道此时储物柜内的温度已经低于或高于所设置的阈值范围。通过按键手动设置阈值范围，从上到下3个按钮依次是：设置键、减数键、加数键。按下设置键后，首先调节的是阈值上限，通过减数键和加数键去调整阈值。若要调整阈值下限，再次按下设置键即可。报警模块及按键模块具体电路如图6 所示。3软件设计判断实时温度是否超出阈值范围是软件设计的核心。本文软件设计用到功能模块化的设计方式，利用KeiluVi-R2.2kRL25V升温继电器一设置PNPQ3减加BUZ1BUZZERMicrocomputer Applications Vol.39,No.9,2023基金项目微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第9 期P1.0230P1.1P1.240P1.35R15P1.460P1.57P1.68P1.71k4Q1PNPP3.0/RXD10P3.1/TXD12P3.2/INTOP3.3/INTI口13P3.4/TO14P3.5/T115P3.6/WR016P3.7/RD17AT89C51R161k4Q2PNPD2LDE-YELLOWR172.2kD1RL15V降温继电器RL25VLDE-REDR182.2k图4恒温控制模块电路图扇；温度低于下限则驱动加热片进行工作。负载工作时与其Now Tem:024.0TH:30 T L:10 工R1kU119XTALI18XTAL29RSTP3.0/RXD10P3.1/TXDP3.2/INTOP3.3/INTTP3.4/TO14P3.5/T1口5P3.6/WR16P3.7/RDsion 5进行编程，智能恒温储物柜的软件结构与硬件设计相对应。其主要分为主程序设计模块、温度检测模块、恒温控制模块、液晶显示模块、报警模块和按键模块6 个部分。当温度检测模块读取到温度并将温度数据发送至单片机后，显示模块将温度数据转换成温度数值，显示在LCD1602模块上，单片机判断温度是否超出阈值。若温度没有超出阈值，则再次读取实时温度数据；若温度超出阈值，则继电器驱动相应负载进行工作；温度超出上限则驱动制冷风并联的LED指示灯保存常亮，故障时蜂鸣器报警。软件设计流程如图7 所示。恒温控制系统初始化4否RP1是否按下设置键L是￥392PO.O/ADOPO.1/ADI3837PO.3/AD3PO.2/AD23635PO.4/AD4PO.5/AD53334PO.6/AD632PO.7/AD7P2.0/A821图5显示模块电路图R2U32.2k2vCC20DQQ3PNPGNDOODS18B20图6 报警模块及按键模块电路图开始设置温度阅值3458910k设置减O加BUZI一BUZZER读取DS18B20中的温度数据显示当前储物柜内实时温度判断温度是否超出值是继电器驱动相应负载工作，LED灯亮起，声光报警图7 软件设计流程图3.1软件模块的实现3.1.1温度检测模块及恒温控制模块智能恒温储物柜接通电源后，DS18B20温度传感器开始检测储物柜内实时温度，读取温度数据。读取温度寄存器时，先读低8 位数据，后读高8 位数据，然后放大10 倍输出。获得温度数值后，发送至单片机，与设置的阈值范围进行对比，驱动相应的负载进行工作，从而实现恒温控制。温度检测及恒温控制流程如图8 所示。读取温度数据部分代码如下所示。Init_DS18B20();WriteOneChar(OxCC);WriteOneChar(0 x44);Init_DS18B20();WriteOneChar(OxCC);WriteOneChar(OxBE);47Microcomputer Applications Vol.39,No.9,2023温度检测及恒温控制流程图a=ReadOneChar();b=ReadOneChar();3.1.2报警模块系统根据设定好的上限报警温度和下限报警温度，通过单片机的判断，若智能恒温储物柜实时温度超过上、下限报警温度，则启动蜂鸣器进行报警，提醒使用者检查恒温储物柜是否正常工作。报警流程如图9所示。否是否超出阅值是蜂鸣器鸣叫再次判断温度是否超出阅值蜂鸣器停止鸣叫图9#报警流程图报警模块部分代码如下所示。if(x=10)(beep_st=b e e p _ s t;x=0;)if(Mode=0)if(c/10)=TH)ALAM=O;ALAM1=1;if(beep_st=1)BUZZ=O;elseBUZZ=1;else if(c/10)=99)TH=99;write_1602com(0 x80+0 x40+3);write_1602dat(TH/10+0 x30);write_1602dat(TH%10+0 x30);write_1602com(0 x80+0 x40+4);BUZZ=1;while(ADD=0);4实物测试智能恒温储物柜实物如图12 所示。将恒温储物柜置于22的室温内进行测试，通过按键模块设置温度阈值为2030，此时温度处于阈值范围内，无负载工作。当温度阈值设置为2 530 时，此时室温低于温度阈值下限，红色LED指示灯亮起，继电器驱动负载加热片工作，提高储物柜基金项目内温度。当温度阈值设置为0 8 时，此时室温高于温度值上限，黄色LED指示灯亮起，表示继电器驱动负载制冷风扇工作，降低储物柜内温度。实物运行结果如图13所示。实物测试结果如表1所示。设置温度阀值图13实物运行结果图按下设置键表1实物测试结果阅值设定储物柜内实LED指报警序号负载工作状态再次按下设置键范围/时温度/示灯情况1制冷风扇工作08可设置下限报警温度2按下设置键3立设置结束图12 实物图微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第9 期22.0报警无负载工作2030加热片工作25305总结本文设计了一款基于AT89C51单片机智能恒温储物柜，主要阐述了恒温控制的实现方法。其中，硬件设计包括温度检测模块、恒温控制模块、显示模块、报警模块及按键模块5个模块。软件设计主要是单片机对温度传感器采集数据的处理和控制。通过对实物运行结果的分析，该储物柜已实现设计方案所预期的功能，可实现智能化、自动化的恒温储藏，具备安全性强、制冷制热效率高等特点，应用前景广泛。参考文献1张皓斐，刘雨潇.基于AT89C51单片机的多功能数字钟设计与仿真 J.电子制作，2 0 2 1（2 3）：7 4-7 6.2 刘鑫，刘浩，王昊，等.基于AT89C51单片机的轮胎过热温度报警器J.科技风，2 0 2 0（34）：2 4-2 5.3揭宇达，陈良，冯读金，等.微型智能恒温箱设计 J.现代计算机（专业版），2 0 17（4）：6 4-6 8.4汤帅.可持续发展下缓冲恒温快递包装箱设计J.轻纺工业与技术，2 0 2 1,50(12)：7-10.5胡超，魏仲辉.基于AT89C51单片机的大棚温湿度控制系统设计 J.科技与创新，2 0 2 0（13）：12 5-12 7.6 何嘉凯，杜雪梅，郏浩杰，等.基于单片机的智能温室系统的设计与实现 J.物联网技术，2 0 2 1，11（10）：41-44.7 李锐.基于AT89C51单片机的大棚温控系统设计J.电子制作2 0 2 0(2)：8-10.8 贾海云.基于DS18B20的智能测温系统的设计 J.电脑知识与技术，2 0 2 1,17(9）：2 51-2 52.9 孟萧振，宁秋月，姜宁，等.基于DS18B20的智能温度控制系统 J.电子世界，2 0 2 1（3）：17 8-17 9.10陈龙彪，张加齐，张乐.基于AT89C52的压力测量及显示装置的设计 J.电脑知识与技术，2 0 19，15（18）：243-244.（收稿日期：2 0 2 2-0 1-2 1)49黄灯22.1无未报警22.7红灯报警