隨著我國經濟的發展，科學研究深入推進，溫度監測與控制系統在工業設計、智能儀表、日常家用電器等領域的應用越為廣泛，基于單片機設計的電子產品有著廣闊的應用市場和發展前景。

　　DS18B20是Dallas公司生產的一款數字溫度傳感器，超小體積，超低硬件開銷，抗干擾能力強，精度高，附加功能強。DS18B20的溫度檢測與數字數據輸出集成于，一個芯片上，單總線數據通信，二進制輸出，分辨率最高可達12位，檢測溫度范圍為-55～+125℃，具有限溫報警功能。同時，DS18B20內置EEPROM、64位光刻ROM，支持多點組網，根據需要把多個DS18B20并聯在唯一的三總線上，便可實現組網多點測溫，便于溫控系統的擴展和升級。

　　1系統工作原理

　　為實現被控對象溫度的冷熱調節，所設計的溫度控制系統以AT89S51單片機作為控制核心，包括溫度采樣模塊、溫度顯示模塊、執行模塊、過欠溫指示模塊以及小鍵盤等外同電路。系統時鐘頻率為12MHz，采用智能集成化器件DS18B20來監測被控對象，將溫度值轉換為帶符號的數字信號，通過單總線輸出，實現了溫度采集、轉換與變送的功能，有利于簡化電路。考慮到單片機的直流輸出驅動能力，采用三極管、74LS244和74LS07來驅動相應的外圍集成電路。溫度數據通過4個并行共陽極的LED動態顯示，并自行搭建小鍵盤來實現被控對象目標溫度的設定。執行模塊利用固態繼電器SSR進行光電隔離，實現小功率直流電控制220V交流電通斷，使得控制加熱管通斷、風扇啟停的繼電器帶電或失電，并采用大功率的風扇和加熱管以實現有效的溫度冷熱調節。系統中采用不同顏色的LED燈指示系統的工作運行狀態，紅色發光二極管亮表示溫度過高或過低報警，綠色發光二極管亮則表示系統工作正常。系統組成如圖1所示。

　　在核心控制處理模塊AT89S51單片機中，為了有效抑制從DS18B20傳來的溫度數字信號的隨機誤差，提高系統的測量精度和抗干擾性，在AT89S51單片機的控制程序中加入數字濾波子程序。數字濾波平滑處理盡可能消除系統隨機誤差的影響，從軟件方面提高系統的抗干擾能力。并利用MATLAB對測溫數據進行擬合，從而進一步校正測量溫度值，使測量值更逼近精確值。

　　2系統硬件設計

　　2．1電源及溫度顯示模塊

　　為避免信號之間的串擾，采用5V直流電源分別為單片機、鍵盤、固態繼電器控制模塊、8段數碼管供電，并提供上電復位電壓。同時為風扇和400W加熱器提供220V交流電。

　　溫度顯示模塊采用4個8段數碼管顯示溫度。為穩定顯示，采用總線延時的動態顯示方式。驅動電路和位選分別由74IS244、74LS07搭建組成。

　　2．2小鍵盤模塊

　　小鍵盤模塊自行搭建，由復位鍵、確認鍵、加1鍵和TAB鍵等4個按鍵組成。鍵盤電路簡單明了，滿足設定被控對象目標溫度的人機交互要求。各個按鍵的功能說明如表1所示。

　　2．3溫度數據采集

　　DS18B20采用單總線專用技術，通過I／O端口線與單片機相接，無須經過其他變換電路便可直接輸出被測溫度值(12位二進制數，含符號位)。其引腳功能分別為：VDD引腳接工作電源，當工作于寄生方式時，此引腳必須接地；DQ引腳用于數據輸入／輸出；GND引腳接地。

　　在該系統中DS18B20與單片機的接口電路，如圖2所示，VDD經1kΩ的上拉電阻與外部電源相接，GND接地，DQ通過單總線與單片機P0．0口相連。

　　DS18B20測量溫度與輸出溫度之間的關系如表2所示，輸出溫度為12位的二進制數，存儲在DS18B20兩個8位的RAM中，二進制數的前5位是符號位。

　　2．4固態繼電器驅動模塊

　　本設計中選用交流型固態繼電器SSR，它是一種輸入控制電流小、帶光電隔離器的無觸點開關。通過控制SSR輸入端直流電的通斷便可控制輸出端交流電的通斷，而且啟動性能平穩，對電網輻射干擾小。固態繼電器控制電路見系統總電路圖(圖2)，在負載端由100Ω和0．1μF組成串接電路，用于對風扇、加熱管進行過電壓保護。

　　2．5AT89S51單片機控制模塊

　　AT89S5l是整個系統的控制核心，其內置FlashROM，用于存放用戶程序。DS18B20所感測的溫度數字信號和用戶目標溫度作為輸入信號，經控制程序處理后發出相應的控制信號，顯示系統工作狀態、被控對象溫度值，以及控制SSR直流端的通、斷電，從而控制風扇、加熱管的通斷電，實現被控對象溫度的冷熱調節。總電路圖(圖2)中雖然給出DS18B20與單片機的接口電路、固態繼電器控制電路，但由于DS18B20和執行設備設置在被控對象現場，因而在實際中要留出相應的信號傳輸線。

　　3系統軟件設計

　　軟件部分采用程序模塊化設計，便于各個功能的調試和實現。系統軟件程序主要由主程序、功能實現和運算控制3個模塊組成。