基于ATmega16与DS18B20的智能温控系统的设计

0 引言
在工农业生产和日常生活中，温度的测量及控制越来越重要。传统的温度控制系统采用热敏电阻器或热电偶测量温度，但是由于模拟温度传感器输出的是模拟信号，必须经过A／D转换等环节才能获得数字信号，再加上这种温度采集电路有时需要冷端补偿电路，这样增加了电路的复杂性，且电路易受干扰，使采集到的数据准确性不高。随着技术的发展，目前国际上新型温度传感器已从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展。智能化温度传感器DS18B20将温度传感器、寄存器、接口电路集成在一个芯片中，能直接输出数字信号。本论文设计了以ATmega16单片机和DS18B20为主构成的智能温控系统，该系统的温度启控点可以根据用户需要而自行设定。

1 系统控制原理及总体构成
1．1 系统总体构成
温控系统主要有2大任务；采集温度信息和能对温度实时控制。为完成控制要求，本智能温控系统的总体构成如图1所示。

1．2 系统控制原理
智能温控系统通过DS18B20采集温度信息并将其传送到ATmega16单片机中，单片机再将采集的温度信息与用户设定的温度值进行比较，从而控制加热／通风执行机构是否需要加热或降温。用户可通过键盘输入来设置温度值，LCD显示用户设定的温度值、当前采集温度值。如果发生故障时，系统发出声、光报警。

2 系统的硬件设计
系统硬件电路的设计主要包括4大部分：单片机核心部分、DS18B20温度采集模块、加热／通风执行机构、报警电路。
2．1 单片机核心部分
ATmegal6单片机采用Harvard结构，内置WDT，具有高速、低功耗，可直接驱动LED、SSR或继电器等特点，因此本系统采用该单片机作为微处理器中。单片机核心部分的设计主要包括ATmega16单片机的最小系统、4×4键盘、汉字式LCD(SMG12864)液晶显示、电压检测和报警电路的设计。其中，PB2，PB3作为电压检测输入端，若系统发生欠压、失压或过压时可产生报警信号；PB6、PB7与报警电路连接，控制声、光报警；PC端8个引脚与SMG12864A连接，控制汉字式LCD显示；PC端8个引脚外接4×4键盘，使用户进行温度设定；PD4、PD5分别作为加热执行机构和通风执行机构的控制信号输出端；PA0与DS18B20的DQ进行连接，作为温度采集信号输入端。
2．2 DS18B20温度采集模块
在众多应用于温度监测的温敏元件中，虽然温敏电阻成本低，但后续电路复杂，且需要进行温度标定，因此本系统采用DS18B20进行温度采集。DS18B20是美国Dallas半导体公司生产的新一代1-wire总线的数字式温度传感器，测量范围在-55～+125℃，最大分辨可达0．062 5℃。
DS18B20的TO-92封装有3个引脚：GND、DQ和VDD。DS18B20可采用2种方式供电：一种是采用电源供电方式(即GND与地线连接，DQ与ATme-ga16的PA0连接，VDD与5V电源连接)；另一种是寄生电源供电方式(即VDD和GND接地，DQ与ATmega16的PA0连接)。由于外部电源供电方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，电路简单，因此本系统采用外部电源供电方式。外部电源供电方式的I／O线可不需要接强上拉，不存在电源电流不足的问题。
DS18B20内部自带A／D转换器，通过内部的温度采集、A／D数据转换等过程，以形成与温度相对应的数字值，最后将该数字值由DS18B20的DQ端经PA0送给ATmega16单片机。测温原理如图2所示。