智能温控座椅设计

李雪梅 张宇

【摘    要】本文介绍了基于STC89C51单片机和DS18B20温度传感器的智能温控座椅设计。该设计最大的特点：方便实用、结构简单、移植性强、转换精度高，成本低。

【关键词】STC89C51单片机;DS18B20温度传感器;PT2262/2272

作者：1.临沂大学276000;2.德州学院 253023

1.引言

1.1  选题目的和意义

椅子在给我们带来方便的同时，也带来了尴尬、危害。例如：天热时，久坐会导致屁股出汗，造成“尿裤子”的尴尬，同时易引起湿疹，有害健康;天冷时，座椅冰凉，冷刺激易使盆底肌肉痉挛，易诱发前列腺炎，有害健康;久坐易导致臀部气血循环不畅，有害健康[1]。

智能温控座椅就是专门为解决普通座椅的弊端而设计的。天热时，用户使用智能温控座椅可避免“尿裤子”的尴尬，清新凉爽;天热时，用户使用智能溫控座椅可摆脱冰冷的座椅，温暖舒适;疲劳时，智能温控座椅可按摩用户臀部穴位，促进气血循环。

2.系统总体结构设计

智能温控座椅有三大功能：制冷、加热、按摩。其有手动、自动两种运行模式。在手动模式下，通过按键可控制各模块的启停。在自动模式下，当环境温度高于设定温度值上（下）限时，自动制冷（加热）。

智能温控座椅硬件包括：（1）制冷部分：制冷风扇、储水罐、水循环泵;（2）加热部分：发热片、储水罐（具有加热功能）、水循环泵;（3）按摩部分：按摩马达;（4）温度采集显示部分：DS18B20、数码管;（5）手动模式控制器：4路自锁遥控器;（6）电源部分：12v铅蓄电池;（7）水循环部分：储水罐（具有加热功能）、水循环泵;（8）控制部分：STC89C51单片机。

智能温控座椅加热功能的实现：在自动模式下，当环境温度低于设定温度最小值时，发热片导通;在手动模式下，可通过自锁遥控器按键开启发热片、水循环泵、储水罐加热器。其制冷功能的实现：在自动模式下，当环境温度高于设定温度最大值时，制冷风扇工作;在手动模式下，可通过自锁式遥控器按键开启制冷风扇和水循环泵。智能温控座椅原理框图如图1所示。

图1    温控座椅原理框图

3.系统的各模块硬件设计

3.1  单片机控制中心设计

采用STC89C51单片机为主控单片机。该单片机具有低功耗、低价、高速、高可靠的特点。用户程序支持ISP机制写入且支持在线调试。

3.1.1  单片机的CPU[1]

STC89C51的CPU主要由运算器、控制器组成。单片机每条指令的读入、分析都要依靠CPU，CPU根据每条指令的功能控制单片机的各功能部件执行制定的操作。

3.1.2  晶振电路

综合考虑设计成本和实用性，本设计选用内部时钟方式，而为了得到标准的波特率，采用11.0592M晶振。对于电容，典型值通常选用30pF。图2是本设计的时钟方式电路图。

图2    时钟方式电路图

3.1.3  STC89C51最小系统

51单片机的最小系统由51单片机、晶振电路、复位电路组成。复位电路为系统提供复位信号。复位后，各部件从程序的开头执行。RST端为复位信号输入端。当RST端接收到大于24个振荡周期的高电平信号时，单片机即刻复位。经计算当复位电路中的电阻、电容分别取10K、10u时，充电常数RC等于0.1秒，满足复位的条件。至此已完成STC89C51单片机的最小系统设计，如图3。

图3    STC89C51单片机最小系统

3.1.4  电源

为匹配器件的工作电压，12v铅蓄电池的电压需经过7805稳压电路处理。

3.2  温度采集部分设计[2]

DS18B20是将环境温度的检测与数字信号的输出集一身的新型数字式单总线温度传感器，信号与单片机之间的传输只需一条单线接口即可。这将减少硬件电路的开销，使芯片的抗干扰性更强。

3.2.1  DS18B20的应用[3]

根据DS18B20与单片机之间的协议知，温度的转换及温度读出的流程可分为两大步，第一步：DS18B20复位、执行命令CCH（跳过ROM指令）、执行命令44H（温度转换指令）、延时1s（保证温度转换时间）。第二步：DS18B20复位、执行命令CCH（跳过ROM指令）、执行命令BEH（读RAM暂存器命令）、读温度数据。部分DS18B20指令见表1。

表1    部分DS18B20指令

命令 代码 解释

跳过ROM CCH 跳过搜索读DS18B20序列号

启动温度转换 44H 温度转换

读温度 BEH 读存于温度寄存器中的9个字节

为增强系统的抗干扰性更强，本设计中的DS18B20采用外部电源供电方式。DS18B20与单片机的接口图，如图6。

图6    DS18B20与单片机的接口图

3.3  温度上下限设置及显示部分设计[4]

3.3.1  显示部分设计

温度显示电路由两块74HC595和四位数码管组成，可显示：温度的两位整数值、一位小数值和温度标志符号。连接电路如图7。

图7    温度显示电路

3.3.2  温度上下限设置部分设计

上下限温度值的设置电路由三个独立按键开关K1、K2、K3组成。按K1时，数码管显示HXXC，按K2即可上调温度上限值。若要下调温度，连续按K1键两次，数码管显示LXXC，按K3键即可下调温度下限值。

3.4  遥控部分设置

3.4.1  遥控部分介绍

遥控部分采用以PT2262为编码芯片、PT2272为解码芯片为核心的四路自锁式无线遥控收发模块。其中收发模块的工作频率固定为315MHZ，调制方式为ASK。发送模块的工作电源由12V/23A纽扣电池提供。编码器编码方式为焊盘编码。接收模块的工作电压是5v。PT2262与PT2272采用的振荡电阻分别是1.2MΩ和200KΩ。

3.4.2  原理简介

当PT2262工作时，每次至少发射四组字码（数据码、同步码、地址码构成）。PT2272持续两次对PT2262发射的四组字码检测，若得到相同的数据、地址码，PT2272工作。PT2262、PT2272等效电路图如图8[5]。

图8    编码芯片PT2262、解码芯片PT2272等效电路图

S1与J1相对应，J1与制冷风扇相接，S1控制制冷风扇的启停。S2与J2相对应，J2与水循环泵相接，S2控制水循环泵的启停。S3与J3相对应，J3与植物纤维发热片相接，S3控制植物纤维发热片的启停。S4与J4相对应，J4与按摩马达相对应，S4控制按摩马达的启停。

参考文献

[1]]张毅刚，彭喜元，彭宇.单片机原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2010.5.21-22

[2]吴瑕.智能温度报警器的研究与设计[D].天津大学，2009

[3]远飞.基于DS18B20的温度测量和显示系统设计与仿真[J].物联网技术，2012（11）.28-30

[4]夏莉英，陈雁.基于DS18B20的温度测控系统设计[J].微计算机信息，2011（1）.5-6

[5]高海滨.Altium Designer10从入门到精通[M].北京：机械工业出版社，2012