基于单片机LM35温度采集控制系统设计

一、设计背景与目标

在工业控制、智能家居等场景中，温度是需实时监测的关键参数，传统测温设备存在精度不足、响应慢等问题。基于单片机的LM35温度采集控制系统，利用高精度模拟传感器实现温度精准监测与控制，适合电子类专业毕设课设，帮助学生掌握模拟信号采集与闭环控制技术，兼具实用价值与教学意义。

本设计以STC89C52单片机为核心，目标明确：实现-55℃至150℃温度测量，精度±0.5℃；通过4位数码管实时显示温度值（保留一位小数）；温度超上限（可设）时启动风扇降温，低于下限（可设）时触发加热模块；支持按键设置温度阈值，具备超限报警功能，适配温室大棚、设备温控等场景。

二、系统硬件设计

系统硬件由采集、控制、显示、执行及电源模块组成。核心控制采用STC89C52单片机，通过ADC0809模数转换器连接LM35温度传感器，处理温度数据并驱动执行机构。

温度采集模块选用LM35传感器，其输出电压与温度呈线性关系（10mV/℃），无需校准即可保证精度。传感器输出的模拟信号经RC滤波后输入ADC0809，转换为8位数字量（分辨率0.488℃），通过数据总线传输至单片机计算实际温度。

显示模块采用4位共阴数码管，通过74HC245驱动芯片增强带载能力，单片机输出段选与位选信号，动态扫描显示温度（格式：XX.X℃）。3个按键（“设置”“+”“-”）用于调整上下限阈值，按键信号经上拉电阻接入单片机，配合硬件防抖电路。

执行与报警模块包含继电器驱动的风扇（降温）、加热片（升温），以及蜂鸣器（报警）。温度超上限时，单片机控制继电器吸合启动风扇，蜂鸣器短响提示；低于下限时，启动加热片，蜂鸣器长响。

电源模块采用9V电池供电，经7805稳压为系统提供5V电压，总功耗<3W，确保传感器与单片机稳定工作。

三、系统软件设计

软件基于Keil C51开发，采用模块化编程，核心包括主程序、温度采集、显示控制、阈值设置及执行逻辑子程序。主程序初始化后，每500ms采集一次温度，更新显示并执行控制逻辑。

温度采集子程序控制ADC0809转换，读取数字量后通过公式（温度=数字量×500/255）计算温度值（500为5V对应最大温度值），采用滑动平均滤波（连续4次采样取均值）减少波动，提升数据稳定性。

显示控制子程序将温度值转换为BCD码，驱动数码管显示，负温度通过最高位显示“-”标识。阈值设置子程序响应按键操作：短按“设置”键切换上限/下限设置模式，对应数码位闪烁；“+”“-”键以0.5℃为步进调整数值，长按实现快速调节。

执行逻辑子程序对比当前温度与阈值：高于上限时，置位风扇控制位并触发报警；低于下限时，置位加热控制位并触发报警；温度在正常范围时，关闭所有执行机构。软件内置互锁逻辑，避免风扇与加热片同时工作。

四、系统测试与优化

系统在-10℃至50℃环境中测试，初始存在两个问题：一是低温环境（<0℃）下测量误差增至±1℃；二是温度波动时执行机构频繁启停（震荡现象）。

优化方案：软件添加低温补偿算法，根据实测数据修正-55℃至0℃区间的计算值，误差降至±0.5℃；增加 hysteresis 控制（回差2℃），即温度降至上限-1℃时关闭风扇，升至下限+1℃时关闭加热片，避免频繁动作。

优化后测试：温度测量精度符合设计要求，响应时间<1秒；阈值设置范围-50℃至100℃，调节精准；执行机构动作稳定，无震荡现象；连续72小时运行，数据采集与控制可靠。系统成本约50元，电路简单易调试，适合毕设课设制作，可扩展串口通信、数据记录功能，提升工业适用性。




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