智能溫控座椅設計

李雪梅 張宇

【摘 ? ?要】本文介紹了基于STC89C51單片機和DS18B20溫度傳感器的智能溫控座椅設計。該設計最大的特點：方便實用、結構簡單、移植性強、轉換精度高，成本低。

【關鍵詞】STC89C51單片機;DS18B20溫度傳感器;PT2262/2272

作者：1.臨沂大學276000;2.德州學院 253023

1.引言

1.1 ?選題目的和意義

椅子在給我們帶來方便的同時，也帶來了尷尬、危害。例如：天熱時，久坐會導致屁股出汗，造成“尿褲子”的尷尬，同時易引起濕疹，有害健康;天冷時，座椅冰涼，冷刺激易使盆底肌肉痙攣，易誘發前列腺炎，有害健康;久坐易導致臀部氣血循環不暢，有害健康[1]。

智能溫控座椅就是專門為解決普通座椅的弊端而設計的。天熱時，用戶使用智能溫控座椅可避免“尿褲子”的尷尬，清新涼爽;天熱時，用戶使用智能溫控座椅可擺脫冰冷的座椅，溫暖舒適;疲勞時，智能溫控座椅可按摩用戶臀部穴位，促進氣血循環。

2.系統總體結構設計

智能溫控座椅有三大功能：制冷、加熱、按摩。其有手動、自動兩種運行模式。在手動模式下，通過按鍵可控制各模塊的啟停。在自動模式下，當環境溫度高于設定溫度值上（下）限時，自動制冷（加熱）。

智能溫控座椅硬件包括：（1）制冷部分：制冷風扇、儲水罐、水循環泵;（2）加熱部分：發熱片、儲水罐（具有加熱功能）、水循環泵;（3）按摩部分：按摩馬達;（4）溫度采集顯示部分：DS18B20、數碼管;（5）手動模式控制器：4路自鎖遙控器;（6）電源部分：12v鉛蓄電池;（7）水循環部分：儲水罐（具有加熱功能）、水循環泵;（8）控制部分：STC89C51單片機。

智能溫控座椅加熱功能的實現：在自動模式下，當環境溫度低于設定溫度最小值時，發熱片導通;在手動模式下，可通過自鎖遙控器按鍵開啟發熱片、水循環泵、儲水罐加熱器。其制冷功能的實現：在自動模式下，當環境溫度高于設定溫度最大值時，制冷風扇工作;在手動模式下，可通過自鎖式遙控器按鍵開啟制冷風扇和水循環泵。智能溫控座椅原理框圖如圖1所示。

圖1 ? ?溫控座椅原理框圖

3.系統的各模塊硬件設計

3.1 ?單片機控制中心設計

采用STC89C51單片機為主控單片機。該單片機具有低功耗、低價、高速、高可靠的特點。用戶程序支持ISP機制寫入且支持在線調試。

3.1.1 ?單片機的CPU[1]

STC89C51的CPU主要由運算器、控制器組成。單片機每條指令的讀入、分析都要依靠CPU，CPU根據每條指令的功能控制單片機的各功能部件執行制定的操作。

3.1.2 ?晶振電路

綜合考慮設計成本和實用性，本設計選用內部時鐘方式，而為了得到標準的波特率，采用11.0592M晶振。對于電容，典型值通常選用30pF。圖2是本設計的時鐘方式電路圖。

圖2 ? ?時鐘方式電路圖

3.1.3 ?STC89C51最小系統

51單片機的最小系統由51單片機、晶振電路、復位電路組成。復位電路為系統提供復位信號。復位后，各部件從程序的開頭執行。RST端為復位信號輸入端。當RST端接收到大于24個振蕩周期的高電平信號時，單片機即刻復位。經計算當復位電路中的電阻、電容分別取10K、10u時，充電常數RC等于0.1秒，滿足復位的條件。至此已完成STC89C51單片機的最小系統設計，如圖3。

圖3 ? ?STC89C51單片機最小系統

3.1.4 ?電源

為匹配器件的工作電壓，12v鉛蓄電池的電壓需經過7805穩壓電路處理。

3.2 ?溫度采集部分設計[2]

DS18B20是將環境溫度的檢測與數字信號的輸出集一身的新型數字式單總線溫度傳感器，信號與單片機之間的傳輸只需一條單線接口即可。這將減少硬件電路的開銷，使芯片的抗干擾性更強。

3.2.1 ?DS18B20的應用[3]

根據DS18B20與單片機之間的協議知，溫度的轉換及溫度讀出的流程可分為兩大步，第一步：DS18B20復位、執行命令CCH（跳過ROM指令）、執行命令44H（溫度轉換指令）、延時1s（保證溫度轉換時間）。第二步：DS18B20復位、執行命令CCH（跳過ROM指令）、執行命令BEH（讀RAM暫存器命令）、讀溫度數據。部分DS18B20指令見表1。

表1 ? ?部分DS18B20指令

命令 代碼 解釋

跳過ROM CCH 跳過搜索讀DS18B20序列號

啟動溫度轉換 44H 溫度轉換

讀溫度 BEH 讀存于溫度寄存器中的9個字節

為增強系統的抗干擾性更強，本設計中的DS18B20采用外部電源供電方式。DS18B20與單片機的接口圖，如圖6。

圖6 ? ?DS18B20與單片機的接口圖

3.3 ?溫度上下限設置及顯示部分設計[4]

3.3.1 ?顯示部分設計

溫度顯示電路由兩塊74HC595和四位數碼管組成，可顯示：溫度的兩位整數值、一位小數值和溫度標志符號。連接電路如圖7。

圖7 ? ?溫度顯示電路

3.3.2 ?溫度上下限設置部分設計

上下限溫度值的設置電路由三個獨立按鍵開關K1、K2、K3組成。按K1時，數碼管顯示HXXC，按K2即可上調溫度上限值。若要下調溫度，連續按K1鍵兩次，數碼管顯示LXXC，按K3鍵即可下調溫度下限值。

3.4 ?遙控部分設置

3.4.1 ?遙控部分介紹

遙控部分采用以PT2262為編碼芯片、PT2272為解碼芯片為核心的四路自鎖式無線遙控收發模塊。其中收發模塊的工作頻率固定為315MHZ，調制方式為ASK。發送模塊的工作電源由12V/23A紐扣電池提供。編碼器編碼方式為焊盤編碼。接收模塊的工作電壓是5v。PT2262與PT2272采用的振蕩電阻分別是1.2MΩ和200KΩ。

3.4.2 ?原理簡介

當PT2262工作時，每次至少發射四組字碼（數據碼、同步碼、地址碼構成）。PT2272持續兩次對PT2262發射的四組字碼檢測，若得到相同的數據、地址碼，PT2272工作。PT2262、PT2272等效電路圖如圖8[5]。

圖8 ? ?編碼芯片PT2262、解碼芯片PT2272等效電路圖

S1與J1相對應，J1與制冷風扇相接，S1控制制冷風扇的啟停。S2與J2相對應，J2與水循環泵相接，S2控制水循環泵的啟停。S3與J3相對應，J3與植物纖維發熱片相接，S3控制植物纖維發熱片的啟停。S4與J4相對應，J4與按摩馬達相對應，S4控制按摩馬達的啟停。

參考文獻

[1]]張毅剛，彭喜元，彭宇.單片機原理及應用[M].北京：高等教育出版社，2010.5.21-22

[2]吳瑕.智能溫度報警器的研究與設計[D].天津大學，2009

[3]遠飛.基于DS18B20的溫度測量和顯示系統設計與仿真[J].物聯網技術，2012（11）.28-30

[4]夏莉英，陳雁.基于DS18B20的溫度測控系統設計[J].微計算機信息，2011（1）.5-6

[5]高海濱.Altium Designer10從入門到精通[M].北京：機械工業出版社，2012