時(shí)間：2023-02-22 00:31:51
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇溫度控制系統(tǒng)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞:溫度控制;PID算法;單片機(jī)
中圖分類號(hào):TP29文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-3044(2010)09-2216-02
The Design of the Temperature Control System for Aquarium
XIONG Jie, ZHANG Li-yong
(Technology Information, Yangtze University Department of Engineering and Technology, Jingzhou 434020, China)
Abstract: This paper introduces a method about the design of the temperature control system for Aquarium. System takes the 89C51 as a core, discuss the design from not only hardware but also software. Adopted PID control algorithm keeps the temperature precise and stable. This paper gives the actual measured data, realized the Aquarium temperature control system design.
Key words: temperature control; PID algorithm; single chip
溫度是一個(gè)基本的物理量,也是一個(gè)極為普遍又極為重要的熱工參數(shù)之一,幾乎所有的科研和生產(chǎn)過程都和溫度密切相關(guān)。因而,準(zhǔn)確地測(cè)量和控制溫度,對(duì)于獲得正確的科研數(shù)據(jù)和保證產(chǎn)品質(zhì)量都是十分重要的。
本設(shè)計(jì)主要是對(duì)特定空間內(nèi)的溫度進(jìn)行精準(zhǔn)的控制。在一個(gè)密閉的空間里,把溫度作為控制目標(biāo),無論是在啟動(dòng)或設(shè)定值的升降,還是各種干擾因素,我們都希望系統(tǒng)能向快、穩(wěn)、準(zhǔn)這三方面靠近。溫控系統(tǒng)的控制電路由單片機(jī)控制繼電器來調(diào)節(jié)電熱絲和風(fēng)扇達(dá)到加熱和制冷目的,一旦溫度的超調(diào),控制系統(tǒng)的非線性、時(shí)滯性和不確定性等相關(guān)因素的出現(xiàn),一般的控制方式達(dá)不到要求。因此,在軟件上采用PID算法,在硬件上采用PWM(脈寬調(diào)制)控制繼電器工作,實(shí)現(xiàn)升溫和降溫的處理。
1 整體框架設(shè)計(jì)
系統(tǒng)是以單片機(jī)為控制核心,其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示,溫度傳感器從魚缸中采集溫度送入單片機(jī),通過鍵盤中輸入的設(shè)定溫度進(jìn)行比較,采用PID控制算法進(jìn)行處理,通過控制電路對(duì)與剛好進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)最后達(dá)到穩(wěn)定,同時(shí)顯示屏上進(jìn)行顯示當(dāng)前溫度曲線。
2 硬件電路設(shè)計(jì)
硬件電路包含鍵盤顯示電路和溫度采集控制電路兩部分內(nèi)容:
2.1 鍵盤顯示電路
1)鍵盤電路:系統(tǒng)鍵盤由四個(gè)按鍵組成,分別實(shí)現(xiàn)“設(shè)定初始溫度加一”,“初始溫度減一”,“開始/原始坐標(biāo)系”,“放大坐標(biāo)系”等功能。
“設(shè)定初始溫度加減一”兩個(gè)按鍵可以用來設(shè)定魚缸的預(yù)置溫度;“開始/原始坐標(biāo)系”是系統(tǒng)進(jìn)行初始化后用戶用來使系統(tǒng)開始工作;系統(tǒng)采用兩種坐標(biāo)系進(jìn)行溫度曲線的顯示,“放大坐標(biāo)系”可以使坐標(biāo)放大,即使溫度曲線精度更高。初始時(shí)系統(tǒng)顯示曲線范圍是0-40攝氏度,放大坐標(biāo)放溫度范圍是30-34攝氏度。
2)顯示電路:顯示電路LCD液晶顯示器TS12864A構(gòu)成,通過控制單片機(jī)的I/O來實(shí)現(xiàn)浴缸溫度在LCD的實(shí)時(shí)顯示。該顯示屏可以通過鍵盤中的放大坐標(biāo)按鍵可以調(diào)整坐標(biāo)的范圍,使其更有利于觀察溫度的變化;并能顯示溫度從開始到穩(wěn)定所需要的時(shí)間。
2.2 溫度采集與控制電路
1) 溫度采集電路:溫度采集電路采用美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的 DS18B20數(shù)字溫度采集器組成,該芯片獨(dú)特的單線接口方式,在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊,該數(shù)字溫度傳感器接線簡(jiǎn)單,編程方便,可與單片機(jī)直接相連。
2) 溫度控制電路:溫度控制電路主要是執(zhí)行魚缸的制冷與升溫操作,其控制命令通過分析采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷處理。
溫度控制電路中若采集溫度高于設(shè)定溫度,則P1.3端置0,P1.2置1,繼電器開關(guān)置右邊,處于降溫狀態(tài),反之則P1.3置1,P1.2置1,處于升溫狀態(tài);若設(shè)定溫度與采集溫度相等則P1.2置0,使繼電器兩端的加熱絲和電風(fēng)扇的壓降為零處于非工作狀態(tài)。
3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)硬件部分較簡(jiǎn)單,主要是軟件部分的實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)上電復(fù)位,首先對(duì)各存儲(chǔ)單元進(jìn)行初始化,并對(duì)LCD進(jìn)行初始化,顯示開機(jī)界面,提示是否進(jìn)入系統(tǒng),若開始按鍵按下,則進(jìn)入系統(tǒng),判斷放大坐標(biāo)系是否按下,若按下則以溫度為30―34坐標(biāo)系顯示,反之,以0―40坐標(biāo)系顯示;調(diào)用溫度采集程序采集魚缸溫度,并與設(shè)定溫度進(jìn)行判斷,調(diào)用處理子程序進(jìn)行控制,該溫度控制算法采用PID算法來實(shí)現(xiàn)。其流程圖如圖2所示。
4 系統(tǒng)測(cè)試
首先通過軟件仿真實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能,最后通過硬件焊接實(shí)現(xiàn)了魚缸的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。其仿真的結(jié)果如圖3所示。
溫度調(diào)節(jié)時(shí)間結(jié)果記錄如表1:
表1 實(shí)際測(cè)試結(jié)果
分析可知,溫差相同時(shí),升溫時(shí)間比降溫時(shí)間要快,原因在于升溫采用電阻絲加熱,而降溫采用的是12V普通風(fēng)扇降溫,效率較低。若采用加熱致冷芯片來完成升溫和降溫則溫度穩(wěn)定時(shí)間會(huì)更少。
5 小結(jié)
通過軟件仿真,系統(tǒng)實(shí)際設(shè)計(jì)制作,最終完成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì),該系統(tǒng)簡(jiǎn)單實(shí)用,成本低,可靠性強(qiáng),安裝方便簡(jiǎn)單,可擴(kuò)展聲光報(bào)警等功能。
參考文獻(xiàn):
[1] 徐愛鈞.8051單片機(jī)實(shí)踐教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.
中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2012）04-0000-00
1、引言
隨著可編程控制器（PLC）深入到工業(yè)控制等諸多領(lǐng)域，微機(jī)技術(shù)應(yīng)用到可編程控制器中，不但用邏輯編程取代了硬連線邏輯，還增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送與處理以及對(duì)模擬量進(jìn)行控制等功能，使之真正成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制設(shè)備。而溫度控制器是重要的儀表控制組成單元，是對(duì)溫度進(jìn)行控制的電開關(guān)設(shè)備，在食品、化工、生物等領(lǐng)域要重要的現(xiàn)實(shí)意義。因此，如何精確的對(duì)溫度控制器進(jìn)行控制，是儀表控制中一類重要的研究方向。
2、可編程控制器（PLC）分析
所謂的可編程控制器就是一種帶有指令存儲(chǔ)器和數(shù)字或模擬I/O接口，一位運(yùn)算為主，能夠完成邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)以及算術(shù)運(yùn)算功能的自動(dòng)控制裝置，隨著科學(xué)的發(fā)展與PLC的不斷進(jìn)步，功能不斷增強(qiáng)，定義也會(huì)不斷的發(fā)生變化，但總的來說可編程控制器的內(nèi)涵終究是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的目的。
2.1 可編程控制器的主要功能及應(yīng)用領(lǐng)域
PLC把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)融為一體，在儀器儀表方面也有諸多的應(yīng)用，簡(jiǎn)單概括起來,功能可以表述為以下幾個(gè)方面：
(1)實(shí)現(xiàn)邏輯控制,PLC具有邏輯運(yùn)算功能,它設(shè)置有“與”、“或”、“非”等邏輯指令，因此它可以代替繼電器等更為精確的實(shí)現(xiàn)組合邏輯與順序邏輯控制。
(2)定時(shí)控制,PLC具有定時(shí)控制的功能,為用戶提供若干個(gè)定時(shí)器,并設(shè)置了定時(shí)指令。
(3)計(jì)數(shù)控制,PLC有計(jì)數(shù)控制的功能,為用戶提供了若干個(gè)計(jì)數(shù)定時(shí)器,并設(shè)置了計(jì)數(shù)指令。
(4)步進(jìn)控制,PLC為用戶提供了若干個(gè)移位寄存器，或者直接有步進(jìn)指令,可用于步進(jìn)控制。
(5)數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換,有些PLC還提供了“數(shù)模”轉(zhuǎn)換和“模數(shù)”轉(zhuǎn)換等功能,能夠完成對(duì)模擬量的控制以及調(diào)節(jié)。
(6)數(shù)據(jù)處理,有的可編程控制器還存在有數(shù)據(jù)處理的能力,能進(jìn)行數(shù)據(jù)并行傳送、比較和邏輯運(yùn)算,BCD碼的四則運(yùn)算，還能進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索、比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換等功能。
(7)通信與聯(lián)網(wǎng),有的PLC還采用了通信技術(shù),可以進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O控制,多臺(tái)PLC之間可以進(jìn)行同位連接,還可以與計(jì)算機(jī)進(jìn)行上位鏈接,由一臺(tái)計(jì)算機(jī)以及若干臺(tái)PLC可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò),從而完成較大規(guī)模的復(fù)雜的控制。
(8)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)監(jiān)控,PLC具有較強(qiáng)的監(jiān)控功能，操作人員通過監(jiān)控命令可以監(jiān)控有關(guān)部分的運(yùn)行狀態(tài)。
2.2 可編程控制器的主要優(yōu)點(diǎn)
總的來說可編程控制器一種邏輯控制單元，對(duì)于可編程控制器來說，首先，變成較為簡(jiǎn)單，可編程控制器的設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)PLC時(shí)已經(jīng)充分考慮到使用者的習(xí)慣以及技術(shù)水平以及用戶的方便，構(gòu)成了一個(gè)實(shí)際的PLC控制系統(tǒng)一般不需要很多的配套的設(shè)備，PLC的基本指令不多，常用于編程的梯形圖以及傳統(tǒng)的繼電接觸控制線路圖有許多相似之處，編程器的使用簡(jiǎn)便，對(duì)程序進(jìn)行增減、修改和運(yùn)行監(jiān)視很方便；其次，可編程控制器的可靠性較高，PLC是專門為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的，在設(shè)計(jì)與控制過程中均采用了諸如屏蔽、濾波、隔離、無觸點(diǎn)、精選器件等多層次有效的抗干擾措施，因此可靠性很高，有資料顯示可編程控制器的無故障運(yùn)行時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)3萬小時(shí)以上，PLC自帶的自診斷功能可以迅速方便的檢查判斷故障，縮短檢修時(shí)間；再次，可編程控制器的通用性以及功能很強(qiáng)，PLC的品種很多，針對(duì)不同的系統(tǒng)可以靈活的選用不同的PLC，用來滿足不同的控制要求，用一臺(tái)PLC可以實(shí)現(xiàn)控制不同對(duì)象或者滿足不同的控制要求；同時(shí)，可編程控制器還具有設(shè)計(jì)、施工以及調(diào)試周期短的優(yōu)點(diǎn)，可編程控制器在很多領(lǐng)域是以軟件編程來取代硬件連線，用PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)也比較簡(jiǎn)單，編程也比較容易，安裝與使用方便，不需要很多的配套的設(shè)備，程序調(diào)試修改也很方便，可大大縮短可編程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工以及投產(chǎn)時(shí)間。
在溫度控制器中采用PLC控制，能實(shí)現(xiàn)精確控制溫度，與此同時(shí)PLC具有良好的可靠性，能夠適應(yīng)較為惡劣的工作環(huán)境，對(duì)所操作的環(huán)境進(jìn)行溫度的合理控制，更有利于依賴溫度行業(yè)的需要。
2.3 PLC的基本結(jié)構(gòu)
可編程控制器是從計(jì)算機(jī)以及機(jī)電接觸系統(tǒng)等發(fā)展而來的，因此，在結(jié)構(gòu)上可以總結(jié)為以下幾個(gè)單元：
輸入輸出部件，輸入部件接受從開關(guān)、按鈕、繼電接觸器和傳感器等輸入的現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成中央處理單元能夠接受以及處理的數(shù)字信號(hào)，而輸出部件接收經(jīng)過中央處理單元輸出的數(shù)字信號(hào)，并能把它轉(zhuǎn)化成能被控制設(shè)備以及顯示裝置所能接受的電壓或者電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥等。
中央處理單元（CPU），它是PLC的核心部件，整個(gè)可編程控制器的工作過程都在中央處理單元的控制下統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)進(jìn)行。
存儲(chǔ)器是保存系統(tǒng)程序和用戶程序的器件，系統(tǒng)存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)正常工作所必需的程序。
電源部件為可編程控制器提供所需要的直流電源和外部輸入設(shè)備所需要的直流穩(wěn)壓電源。
編程器是可編程控制必不可缺少的重要的設(shè)備，她主要對(duì)用戶程序進(jìn)行編輯、輸入、檢查、調(diào)試和修改，并用來監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。
3、溫度控制器分析
溫度控制器是對(duì)溫度進(jìn)行控制的電開關(guān)設(shè)備，溫度控制器所控制的空調(diào)房間內(nèi)的溫度范圍一般在18℃--28℃。窗式空調(diào)常用的溫度控制器是以壓力作用原理來推動(dòng)觸點(diǎn)的通與斷。其結(jié)構(gòu)由波紋管、感溫包（測(cè)試管）、偏心輪、微動(dòng)開關(guān)等組成一個(gè)密封的感應(yīng)系統(tǒng)和一個(gè)轉(zhuǎn)送信號(hào)動(dòng)力的系統(tǒng)。 按照控制方法溫度控制器一般分為兩種：一種是由被冷卻對(duì)象的溫度變化來進(jìn)行控制，多采用蒸氣壓力式溫度控制器，另一種由被冷卻對(duì)象的溫差變化來進(jìn)行控制，多采用電子式溫度控制器。其中蒸氣壓力式溫度控制器又分為：充氣型、液氣混合型和充液型。家用空調(diào)機(jī)械式溫度控制器都以這類溫度控制器為主。而電子式溫度控制器分為：電阻式溫度控制器和熱電偶式溫度控制器。
3.1蒸氣壓力式溫度控制器原理分析
溫度控制器波紋管的動(dòng)作作用于彈簧，彈簧的彈力是由控制板上的旋鈕所控制的，毛細(xì)管放在空調(diào)機(jī)的室內(nèi)吸入空氣的風(fēng)口處，對(duì)室內(nèi)循環(huán)回風(fēng)的溫度起反應(yīng)。當(dāng)室溫上升至調(diào)定的溫度時(shí)，毛細(xì)管和波紋管中的感溫劑氣體膨脹，使波紋管伸長(zhǎng)并克服彈簧的彈力把開關(guān)觸點(diǎn)接通，此時(shí)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)制冷，直到室溫又降至設(shè)定的溫度時(shí)，感溫包氣體收縮，波紋管收縮與彈簧一起動(dòng)作，將開關(guān)置于斷開位置，使壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)電路切斷。以此反復(fù)動(dòng)作，從而達(dá)到控制房間溫度的目的。
3.2電子式溫度控制器原理分析
電子式溫度控制器（電阻式）是采用電阻感溫的方法來測(cè)量的，一般采用白金絲、銅絲、鎢絲以及半導(dǎo)體（熱敏電阻等）為測(cè)溫電阻，這些電阻各有其優(yōu)確點(diǎn)。家用空調(diào)溫度控制器的傳感器大都是以熱敏電阻式。
3.3溫度控制器PLC控制系統(tǒng)分析
一般溫度控制器可以采用采用PID模糊控制技術(shù)，用先進(jìn)的數(shù)碼技術(shù)通過Pvar、Ivar、Dvar（比例、積分、微分）三方面的結(jié)合調(diào)整形成一個(gè)模糊控制來解決慣性溫度誤差問題。據(jù)了解，很多廠家在使用溫度控制器的過程中，往往碰到慣性溫度誤差的問題，苦于無法解決，依靠手工調(diào)壓來控制溫度。采用PID模糊控制技術(shù)，能較好地解決了慣性溫度誤差的問題。傳統(tǒng)的溫度控制器，是利用熱電偶線在溫度化變化的情況下，產(chǎn)生變化的電流作為控制信號(hào)，對(duì)電器元件作定點(diǎn)的開關(guān)控制器。基于這種電流控制信號(hào)，采用PLC對(duì)溫度控制器進(jìn)行控制使控制更加精準(zhǔn)。傳統(tǒng)的溫度控制器的電熱元件一般以電熱棒、發(fā)熱圈為主，兩者里面都用發(fā)熱絲制成。發(fā)熱絲通過電流加熱時(shí)，通常達(dá)到1000℃以上，所以發(fā)熱棒、發(fā)熱圈內(nèi)部溫度都很高。一般進(jìn)行溫度控制的電器機(jī)械，其控制溫度多在0-400℃之間，所以，傳統(tǒng)的溫度控制器進(jìn)行溫度控制期間，當(dāng)被加熱器件溫度升高至設(shè)定溫度時(shí)，溫度控制器會(huì)發(fā)出信號(hào)停止加熱。但這時(shí)發(fā)熱棒或發(fā)熱圈的內(nèi)部溫度會(huì)高于400℃，發(fā)熱棒、發(fā)熱圈還將會(huì)對(duì)被加熱的器件進(jìn)行加熱，即使溫度控制器發(fā)出信號(hào)停止加熱，被加熱器件的溫度還往往繼續(xù)上升幾度，然后才開始下降。當(dāng)下降到設(shè)定溫度的下限時(shí)，溫度控制器又開始發(fā)出加熱的信號(hào)，開始加熱，但發(fā)熱絲要把溫度傳遞到被加熱器件需要一定的時(shí)候，這就要視乎發(fā)熱絲與被加熱器件之間的介質(zhì)情況而定。通常開始重新加熱時(shí)，溫度繼續(xù)下降幾度。所以，傳統(tǒng)的定點(diǎn)開關(guān)控制溫度會(huì)有正負(fù)誤差幾度的現(xiàn)象，但這不是溫度控制器本身的問題，而是整個(gè)熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性問題，使溫度控制器控溫產(chǎn)生一種慣性溫度誤差。因此基于PLC的溫度控制器的實(shí)現(xiàn)有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
4、結(jié)語(yǔ)
本文簡(jiǎn)單介紹了PLC以及溫度控制器，分析了PLC應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)以及在溫度控制器應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)，有利于PLC在溫度控制器中的廣泛應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
所謂的單片機(jī)（MCU）是一個(gè)微型計(jì)算機(jī)。它是在一個(gè)設(shè)備中的CPU，RAM，ROM，I/O接口的一組或多個(gè)組件和中斷系統(tǒng)，以及作為當(dāng)前主流的STM32ARM公司生產(chǎn)的的A6和A7都屬于微控制器。只要給一個(gè)外部單片機(jī)加上電源，并設(shè)置振蕩電路和外部中斷電路，就可以方便的實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制。由于其體積小，功能強(qiáng)大，成本優(yōu)勢(shì)，主要作用是改善勞動(dòng)條件，節(jié)約能源，生產(chǎn)設(shè)備，并且可以防止事故的發(fā)生，以獲得良好的技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益。因此，基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外受到越來越多的關(guān)注，并已被廣泛使用。
2分析并選擇出最適合的溫度控制方式
（1）第一種方法是使用純硬件的閉環(huán)控制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是速度快，但可靠性相對(duì)較差，控制精度是比較低的，彈性小，電路復(fù)雜，調(diào)試，安裝都不容易實(shí)現(xiàn)，高精度的溫度控制的要求變得更加困難。
（2）第二種方法是將FPGA/CPLG或與使用FPGAIP核/CPLG方式。它是用FPGA/CPLG完成采集，存儲(chǔ)，顯示和A/D轉(zhuǎn)換等功能，實(shí)現(xiàn)人機(jī)由IP核的相互作用和信號(hào)測(cè)量和分析功能。這種解決方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的測(cè)量和控制，操作簡(jiǎn)便;但其缺點(diǎn)是在調(diào)試過程的復(fù)雜性，成本較高。（3）第三種方法是將高精度溫度傳感器組合在一個(gè)芯片上。這是完全與微控制器接口進(jìn)行系統(tǒng)控制和信號(hào)分析，由溫度傳感器信號(hào)采集和轉(zhuǎn)換的前端進(jìn)行。此方法克服了前兩種方法的缺點(diǎn)，所以基于單片機(jī)和溫度傳感器控制的溫度在理論上非常的可行。
3在一個(gè)溫控系統(tǒng)中如何選擇合適的單片機(jī)和傳感器
3.1選擇AT89C51作為系統(tǒng)的單片機(jī)單片機(jī)在整個(gè)控制系統(tǒng)中占有主導(dǎo)地位。在主要考慮選擇時(shí)應(yīng)該考慮單片機(jī)的處理速度，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量，價(jià)格和通信方式。在考慮適當(dāng)后選擇了控制系統(tǒng)的AT89C51作為主芯片。AT89C51具有以下特點(diǎn)：具有4KB的閃存芯片和128KB的程序存儲(chǔ)器。AT89C51的最高頻率可以達(dá)到32MHz的，具有8位數(shù)據(jù)的處理能力，擁有32個(gè)IO端口和兩個(gè)定時(shí)器。
3.2選擇DS18B20作為系統(tǒng)的傳感器該系統(tǒng)采用DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)線數(shù)字溫度傳感器DS18B20來采集溫度數(shù)據(jù)，DS18B20屬于全新一代的微處理器專為智能溫度傳感器的配置。在溫度測(cè)量和控制儀表，測(cè)量和控制系統(tǒng)，以及大型設(shè)備的工業(yè)，民用，軍事等眾多領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。它的優(yōu)點(diǎn)是特別明顯，具有結(jié)構(gòu)緊湊，簡(jiǎn)單界面，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。
3.3確定適合單片機(jī)溫度控制的系統(tǒng)框架系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊，單片機(jī)控制模塊，顯示5部分模塊，溫度設(shè)定模塊和所述驅(qū)動(dòng)電路。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)采集溫度數(shù)據(jù)，收集溫度數(shù)據(jù)給單片機(jī)，由數(shù)據(jù)顯示部分上顯示所處理的微控制器。設(shè)置模塊可以設(shè)置在預(yù)定的溫度，當(dāng)檢測(cè)到的溫度低于設(shè)定溫度的情況下，單片機(jī)控制所述驅(qū)動(dòng)電路以開始加熱，并發(fā)出報(bào)警聲；當(dāng)檢測(cè)到的溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，停止加熱。
4單片機(jī)溫度控制原理概述
傳感器是測(cè)量溫度信息的主要載體，通過將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成的毫伏級(jí)后的傳感器的溫度信息提供給電路，然后通過電路放大，弱電壓信號(hào)慢慢地放大，微控制器的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的可自由支配的，然后通過輸入端A/D轉(zhuǎn)換器的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。然后，相應(yīng)軟件的數(shù)字信號(hào)被輸入到主機(jī)中去。使用中的信號(hào)采集到微控制器中，為了提高測(cè)量的精確度，必須在采樣時(shí)將信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波。同時(shí)，信號(hào)的數(shù)字濾波處理后，它就會(huì)逐漸被轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)臉?biāo)度，所得到的溫度指標(biāo)顯示在IED屏幕上。同時(shí)還可以將溫度值與提前設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較，然后按照積分分離PID控制偏差之間的兩個(gè)算法分析的大小，從而得出最終輸出的控制值，然后確定出導(dǎo)通時(shí)間與輸出功率以及控制量的熱值，從而有效地調(diào)節(jié)環(huán)境的溫度來達(dá)到目的。整個(gè)溫度控制系統(tǒng)，它的主要目的是使實(shí)時(shí)單芯片溫度可以有效地檢測(cè)和精確的控制，從而解決了工業(yè)生產(chǎn)和日常生活的溫度控制方面很難解決的問題。在難以控制的情況下，利用十進(jìn)制數(shù)字顯示器的實(shí)際溫度值，這有利于實(shí)現(xiàn)人們進(jìn)行簡(jiǎn)單和方便的溫度監(jiān)測(cè)。
5單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)硬件和軟件系統(tǒng)
5.1溫度控制系統(tǒng)的硬件電路系統(tǒng)的原理及組成溫度控制系統(tǒng)的硬件電路包括溫度傳感器電路，D/A轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)最小系統(tǒng)電路，帶通濾波電路，放大電路，以及一個(gè)數(shù)字的復(fù)用器電路的電磁閥控制電路和開關(guān)電路等。當(dāng)然，為了實(shí)現(xiàn)不同的設(shè)計(jì)要求，仍然可以建立在一個(gè)單一的芯片上而在系統(tǒng)的設(shè)備不同的電路和在不同的配置。例如可以使用鍵盤來控制矩陣電路，可用于實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警蜂鳴器和使用一些液晶顯示模塊，在溫度異常時(shí)將在液晶顯示屏上顯示出來。通過這些不同的外設(shè)模塊，可以更好地提高單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)。
5.2溫度控制系統(tǒng)軟件開發(fā)理論溫度控制系統(tǒng)的軟件主要是用C語(yǔ)言編寫，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的控制權(quán)。通過C語(yǔ)言可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)溫度的采集的頻率的控制、實(shí)現(xiàn)溫度的顯示和控制等不同的功能。控制系統(tǒng)程序包括主程序和子程序。主程序主要用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的初始化，將溫度傳感器的初始化設(shè)置（讀取溫度，加工溫度，存儲(chǔ)溫度）被初始化，并且進(jìn)行鍵盤與液晶顯示器的初始化。使用該方法的主程序循環(huán)查詢來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集和對(duì)溫度顯示的控制。主程序的主要作用是實(shí)時(shí)采集溫度的，并且所述傳感器的二進(jìn)制代碼讀入到單片機(jī)內(nèi)，并隨后經(jīng)單片機(jī)的處理轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制顯示在液晶顯示器的上方。
6結(jié)束語(yǔ)
【關(guān)鍵字】電阻爐；溫度控制；設(shè)計(jì)；
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)的迅速發(fā)展，越來越多的技術(shù)工藝都用于制造加工當(dāng)中，其中熱處理工藝越來越多的被用于加工過程，在熱處理工藝中應(yīng)用最多的就是電阻爐，但現(xiàn)階段我國(guó)電阻爐溫度控制設(shè)備的狀況是很少一部分比較先進(jìn)的設(shè)備和絕大多數(shù)比較落后設(shè)備并存。其中儀表控制占據(jù)主導(dǎo)地位，其控制精度不高，且在一定程度上依賴人工調(diào)試，PID調(diào)節(jié)是目前技術(shù)最成熟的、應(yīng)用最廣泛的一種控制方法，但仍不能滿足復(fù)雜的工作狀況，給質(zhì)量和工作效益帶來了很大的負(fù)面影響。因此對(duì)電阻爐溫度控制系統(tǒng)的改進(jìn)尤為重要。
目前有很多關(guān)于電阻爐溫度控制系統(tǒng)改進(jìn)的設(shè)計(jì)，本文介紹一種新型的控制方法，通過它來說明爐溫控制的改進(jìn)，這種方法結(jié)合上下機(jī)位，設(shè)計(jì)出來的對(duì)溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控的系統(tǒng)，即集散式熱處理電阻爐溫度控制系統(tǒng)。其核心是使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)監(jiān)控多臺(tái)熱處理爐，實(shí)現(xiàn)集散型的爐溫控制效果。
1 系統(tǒng)工作原理
這種控制方法是由一臺(tái)上位機(jī)工作站、打印機(jī)、Rs 485接口、以及多臺(tái)下位機(jī)（從機(jī)）組成。為了實(shí)現(xiàn)分散性控制、集中式管理即集散式控制的目標(biāo)，系統(tǒng)將Pc機(jī)與多臺(tái)單片機(jī)（從機(jī)）共同組成集散式智能溫度控制系統(tǒng)。
操作人員可在Pc上位機(jī)上進(jìn)行操作，通過Pc機(jī)的圖形顯示屏，進(jìn)行對(duì)整個(gè)系統(tǒng)及下位機(jī)的監(jiān)控，上位機(jī)對(duì)下位機(jī)發(fā)出控制命令，同時(shí)下位機(jī)想上位機(jī)報(bào)各數(shù)據(jù)，上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)再做出適當(dāng)?shù)奶幚恚ㄟ^這種溝通模式，實(shí)現(xiàn)了分散控制和集中管理的最佳效果。
下位機(jī)主要包括主CPU部分、輸入通道、輸出通道、鍵盤和顯示部分。他們主要的工作是完成對(duì)溫度的檢測(cè)、顯示、計(jì)算、輸送以及與上位機(jī)之間的聯(lián)系，且每一個(gè)下位機(jī)在自身的工作模式下，能夠通過使用面板上面的鍵盤進(jìn)行工藝參數(shù)的設(shè)置，工藝曲線的完善等操作，而在遠(yuǎn)程工作模式下，下位機(jī)無論是設(shè)置工藝參數(shù)還是操作工藝運(yùn)行的狀態(tài)和情況都完全受控于PC上位機(jī)，在控溫的整個(gè)過程中，系統(tǒng)將會(huì)在顯示屏上以圖形的形式表示工藝曲線，且描繪當(dāng)前的實(shí)際溫度和運(yùn)行狀況，人機(jī)處于十分有好的合作狀態(tài)。
上位機(jī)利用串行接口與各個(gè)下位機(jī)之間相互通信，進(jìn)行各種參數(shù)和命令的發(fā)送與接收，在下位機(jī)運(yùn)行過程中，上位機(jī)收到下位機(jī)發(fā)送的工藝參數(shù)，同時(shí)對(duì)工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與保存，顯示工藝曲線和反映下位機(jī)的工作狀況，這樣提供了分析控溫工藝的有效手段，同時(shí)上位機(jī)通過發(fā)送和讀寫命令對(duì)下位機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
2 溫度控制原理
系統(tǒng)中每臺(tái)下位機(jī)都是獨(dú)立的溫度控制系統(tǒng)，這種溫度控制系統(tǒng)的原理框架圖如下圖所示。
此控制系統(tǒng)為一封閉環(huán)。系統(tǒng)的輸出量y經(jīng)采樣放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量Y，與設(shè)定溫度R進(jìn)行比較，得到溫差e=R—Y。把e送入控制器，運(yùn)用控制算法，求出控制量u，輸出通道將控制量轉(zhuǎn)換為開關(guān)量，控制繼電器的動(dòng)作，從而控制加熱閥開關(guān)時(shí)間的長(zhǎng)短，使溫度達(dá)到設(shè)定的數(shù)值。
3 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)
整個(gè)控制系統(tǒng)最終達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)是在系統(tǒng)中的各個(gè)環(huán)節(jié)共同作用下完成的。每一個(gè)環(huán)節(jié)都是不容忽視的，在一般的情況下，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到某個(gè)限度后，即使要提高一點(diǎn)點(diǎn)都是非常不容易的，為此可能要付出多達(dá)幾倍的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。經(jīng)分析溫度控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，得到該系統(tǒng)精確的技術(shù)指標(biāo)如下：
從機(jī)數(shù)量：小于20 測(cè)溫范圍：0-1100攝氏度
測(cè)溫誤差：上下浮動(dòng)不超過0.4攝氏度控溫誤差：上下浮動(dòng)不超過3攝氏度
通訊距離：小于1500米
4 系統(tǒng)下位機(jī)硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)中的各下位機(jī)需要完成溫度的收集、數(shù)據(jù)的處理、保存及顯示、控制輸出、與上位機(jī)互相通信等功能。其硬件電路主要設(shè)計(jì)了主CPU模塊、輸入通道、輸出通道、鍵盤、顯示和串行通信等幾個(gè)模塊。
下位機(jī)以89C52單片機(jī)為工作核心。一方面，單片機(jī)把實(shí)時(shí)溫度測(cè)定值與原本設(shè)定的期望溫度值進(jìn)行比較分析，得出偏差信號(hào)，然后根據(jù)設(shè)定及時(shí)切斷或連通加熱設(shè)備，從而使溫度準(zhǔn)確的控制在設(shè)定值上。避免發(fā)生不必要的差錯(cuò)。另一方面單片機(jī)把測(cè)定得到的相關(guān)數(shù)據(jù)送去液晶顯示接口顯示，并判斷是否有報(bào)警提醒的需要。與此同時(shí)單片機(jī)又把測(cè)定得到的有關(guān)數(shù)據(jù)，通過通信接口傳輸給上位機(jī)，上位機(jī)則會(huì)進(jìn)行顯示、分析和處理。
5 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
下位機(jī)軟件功能：（1）定時(shí)采集電阻爐內(nèi)部的溫度值；（2）可通過串行接口給上位機(jī)發(fā)送運(yùn)行參數(shù)；（3）接收上位機(jī)發(fā)送的PID參數(shù)，計(jì)算控制輸出，精確控制電阻爐內(nèi)溫度：（4）顯示器顯示實(shí)測(cè)及理論溫度；（5）本地工作模式下，由下位機(jī)完成工藝參數(shù)的設(shè)置；（6）遠(yuǎn)程工作模式下，按接收到的上位機(jī)命令進(jìn)行工作。
工作模塊是下位機(jī)的核心部分，其中控制算法部分應(yīng)用了純滯后補(bǔ)償?shù)脑隽渴絇ID實(shí)現(xiàn)溫度控制，PID的三個(gè)參數(shù)都是由上位機(jī)在線整定，下位機(jī)在控制和檢測(cè)溫度的同時(shí)向上位機(jī)實(shí)時(shí)發(fā)送工藝數(shù)據(jù)，以保證上位機(jī)能夠?qū)崟r(shí)記錄和分析。在遠(yuǎn)程工作模式下，軟件采用查詢的方式訪問串行接口，按照上位機(jī)發(fā)送的各種有效的命令來運(yùn)行操作。由于系統(tǒng)采用集散式控制，由上位機(jī)分別聯(lián)絡(luò)各下位機(jī)，因而各下位機(jī)每接收到上位機(jī)發(fā)送來的命令都要首先判斷出是否是發(fā)給自己的命令，如果是則可以作出相應(yīng)的處理，若不是則將信息清除，不予理會(huì)。遠(yuǎn)程工作模式下下位機(jī)的本地鍵盤起不到任何作用，各工藝數(shù)據(jù)的設(shè)置與修改由上位機(jī)發(fā)送，保存并由上位機(jī)發(fā)送控制命令。
6 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
上位機(jī)的主要功能是對(duì)下位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，以及在監(jiān)控過程中通過接受下位機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)對(duì)工藝運(yùn)行過程進(jìn)行分析處理，確保下位機(jī)的正常運(yùn)行。從而保證自己數(shù)據(jù)來源和命令的下達(dá)，主要功能如下：（1）接收下位機(jī)傳輸來的運(yùn)行數(shù)據(jù)：（2）實(shí)時(shí)整定PID參數(shù)；（3）監(jiān)控所有下位機(jī)的工作狀態(tài)；（4）需要的時(shí)候給下位機(jī)發(fā)送控制命令；（5）及時(shí)保存下位機(jī)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。
在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對(duì)溫度控制系統(tǒng)的要求，主要是保證溫度在一定溫度范圍內(nèi)變化，穩(wěn)定性好，不振蕩，對(duì)系統(tǒng)的快速性要求不高。以下簡(jiǎn)單分析了單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程及實(shí)現(xiàn)方法。現(xiàn)場(chǎng)溫度經(jīng)溫度傳感器采樣后變換為模擬電壓信號(hào)，經(jīng)低通濾波濾掉干擾信號(hào)后送放大器，信號(hào)放大后送模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)輸入的溫度控制范圍通過繼電器控制加熱設(shè)備完成溫度的控制。本系統(tǒng)的測(cè)溫范圍為0℃～99℃，啟動(dòng)單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)后首先按下第一個(gè)按鍵開始最低溫度的設(shè)置，這時(shí)數(shù)碼管顯示溫度數(shù)值，每隔一秒溫度數(shù)值增加一度，當(dāng)滿足用戶溫度設(shè)置最低值時(shí)再按一下第一個(gè)按鍵完成最低溫度的設(shè)置，依次類推通過第二個(gè)按鍵完成最高溫度的設(shè)置。然后溫度檢測(cè)系統(tǒng)根據(jù)用戶設(shè)定的溫度范圍完成一定范圍的溫度控制。
二、溫度檢測(cè)的設(shè)計(jì)
系統(tǒng)測(cè)溫采用AD590溫度傳感器，AD590是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：
1、流過器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)；即：，式中：Ir—流過器件（AD590）的電流，單位為mA；T—熱力學(xué)溫度，單位為K。
2、AD590的測(cè)溫范圍為-55℃～+150℃；
3、AD590的電源電壓范圍為4V～30V；
4、輸出電阻為710MW；
5、精度高。
AD590溫度傳感器輸出信號(hào)經(jīng)放大電路放大10倍，再送入模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0804，轉(zhuǎn)換后送單片機(jī)。根據(jù)AD590溫度傳感器特性以及放大10倍后的電壓值與現(xiàn)場(chǎng)溫度的比較發(fā)現(xiàn)，實(shí)際溫度轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)的值與按鍵輸入數(shù)值之間有一定的差值，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器送入單片機(jī)的數(shù)值是按鍵輸入值得2.5倍。由于單片機(jī)不能進(jìn)行小數(shù)乘法運(yùn)算，所以先對(duì)按鍵輸入進(jìn)行乘5，然后根據(jù)運(yùn)算結(jié)果及程序狀態(tài)字的狀態(tài)再進(jìn)行循環(huán)右移一位，如果溢出標(biāo)志位為低電平時(shí)直接對(duì)累加器進(jìn)行一次帶進(jìn)位循環(huán)右移，如果溢出標(biāo)志位為高電平時(shí)，先對(duì)進(jìn)位標(biāo)準(zhǔn)位CY位置為高電平，然后再進(jìn)行一次帶進(jìn)位循環(huán)右移，通過上述操作使按鍵輸入的溫度值與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器送入單片機(jī)的溫度值相統(tǒng)一。
三、具體電路連接如圖所示
四、軟件編程
單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)由硬件和軟件組成，上述硬件原理圖搭建完成上電之后，我們還不能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制，需要給單片機(jī)編寫程序，下面給出了溫度控制系統(tǒng)的編程方法。
ORG00H
START：ANLP1，#00H；顯示00
JBP3.4，$；T0=0？有鍵按下？
CALLDELAY1；消除抖動(dòng)
JNBP3.4，$；T0=1？放下？
MOVR0，#00；計(jì)溫指針初值
L1：MOVA，R0；計(jì)溫指針載入ACC
MOVP1，A；輸出至P1顯示
MOVR5，#10；延時(shí)1秒
A1：MOVR6，#200
D1：MOVR7，#248；0.5毫秒
JNBP3.4，L2；第2次按下T0？
DJNZR7，$
DJNZR6，D1
DJNZR5，A1
INCA
DAA
MOVR0,A
JMPL1
L2：CALLDELAY1；第2次按消除抖動(dòng)
JBP3.4，L3；放開了沒？是則
；跳至L3停止
JMPL2
L3:MOVA，R0
CALLCHANGE
MOV31H,A；下限溫度存入31H
JBP3.5，$；T1=0？有鍵按下？
CALLDELAY1；消除抖動(dòng)
JNBP3.5，$；T1=1？放開？
MOVR0，#00；計(jì)溫指針初值
L4：MOVA，RO；計(jì)溫指針載入ACC
MOVP1，A；顯示00
MOVR5，#10；延時(shí)1秒
A2：MOVR6，#200
D2：MOVR7，#248；0.5毫秒
JNBP3.5，L5；第二次按下T1？
DJNZR7，$
DJNZR6，D2
DJNZR5,A2
ADDA,#01H
DAA
MOVR0,A
JMPL4
L5:CALLDELAY1；第2次按消除抖動(dòng)
JBP3.5，L6；放開了？是則跳至L6
JMPL5
L6：MOVA，RO；
CALLCHANGE
MOV30H，A；上限溫度存入30H
DELAY1：MOVR6，#60；30毫秒
D3：MOVR7，#248
DJNZR7，$
DJNZR6，D3
RET
CHANGE：MOVB，#5
MULAB
JNOD4
SETBC
D4：RRCA
RET
MOV32H，#0FFH；32H舊溫度寄存
；器初值
AAA：MOVX@R0，A；使BUS為高阻抗
；并令A(yù)DC0804開始轉(zhuǎn)換
WAIT：JBP2.0，ADC；檢測(cè)轉(zhuǎn)換完成否
JMPWAIT
ADC：MOVXA，@RO；將轉(zhuǎn)換好的值送入
；累加器
MOV33H，A；將現(xiàn)在溫度值存入33H
CLRC；C=0
SUBBA，32H
JCTDOWN；C=0取入值較大，表示
；溫度上升，C=1表示下降
TUP：MOVA，33H；將現(xiàn)在溫度值存入A
CLRC
SUBBA，30H；與上限溫度作比較
JCLOOP；C=1時(shí)表示比上限小須
；加熱，C=0表示比上限大，停止加熱
SETBP2.1
JMPLOOP
TDOWN：MOVA，33H；將現(xiàn)在溫度值存入A
CLRC
SUBBA，31H；與下限溫度作比較
JNCLOOP；C=1時(shí)表示比下限小，須
；加熱，C=0表示比下限大
CLRP2.1；令P2.1動(dòng)作
LOOP：MOV32H，33H
CLRA
MOVR4，#0FFH；延時(shí)
DJNZR4，$
JMPAAA
END
五、結(jié)語(yǔ)：
本文給出了用單片機(jī)在0℃～99℃之間，通過用戶設(shè)置溫度上限、下限值來實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)溫度的控制；給出了溫度控制系統(tǒng)的硬件連接電路以及軟件程序，此系統(tǒng)溫度控制只是單片機(jī)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中的一例，相信通過大家的聰明才智和努力，一定會(huì)使單片機(jī)的應(yīng)用更加廣泛化。
參考文獻(xiàn)：
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[2]萬光毅，嚴(yán)義，邢春香.單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.4
關(guān)鍵詞：SST89E564RC單片機(jī)；溫度控制；系統(tǒng)設(shè)計(jì)
Abstract: SCM has a small volume, strong function, low cost, wide application range and other advantages, can say, intelligent control and automatic control core is the microcontroller. In the modern industrial production, current, voltage, temperature, pressure, flow, flow rate and switching capacity is accused of main parameters. In this paper, from two aspects of hardware and software design are introduced in this paper the multi-point temperature heating control system using SST89E564RC microcontroller and a new temperature measurement devices, according to the set of real-time control of the temperature of each point of the indoor heating system, so as to improve the living comfort and heating economy.
Key words: SST89E564RC MCU; temperature control; system design
中圖分類號(hào)：F407.63
1.單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的組成及工作原理在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對(duì)溫度控制系統(tǒng)的要求，主要是保證溫度在一定溫度范圍內(nèi)變化，穩(wěn)定性好，不振蕩，對(duì)系統(tǒng)的快速性要求不高。以下簡(jiǎn)單分析了單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程及實(shí)現(xiàn)方法。現(xiàn)場(chǎng)溫度經(jīng)溫度傳感器采樣后變換為模擬電壓信號(hào)，經(jīng)低通濾波濾掉干擾信號(hào)后送放大器，信號(hào)放大后送模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)輸入的溫度控制范圍通過繼電器控制加熱設(shè)備完成溫度的控制。本系統(tǒng)的測(cè)溫范圍為0℃～99℃，啟動(dòng)單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)后首先按下第一個(gè)按鍵開始最低溫度的設(shè)置，這時(shí)數(shù)碼管顯示溫度數(shù)值，每隔一秒溫度數(shù)值增加一度，當(dāng)滿足用戶溫度設(shè)置最低值時(shí)再按一下第一個(gè)按鍵完成最低溫度的設(shè)置，依次類推通過第二個(gè)按鍵完成最高溫度的設(shè)置。然后溫度檢測(cè)系統(tǒng)根據(jù)用戶設(shè)定的溫度范圍完成一定范圍的溫度控制。下面將以SST89E564RC單片機(jī)為例進(jìn)行溫度控制分析。
2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)
系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想是以SST89E564RC單片機(jī)為控制核心，整個(gè)系統(tǒng)硬件部分包括溫度檢測(cè)部分、控制執(zhí)行部分、顯示及鍵盤系統(tǒng)及最小系統(tǒng)基本電路。系統(tǒng)利用單片機(jī)獲得溫度傳感器數(shù)據(jù)并與系統(tǒng)設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果分別控制執(zhí)行系統(tǒng)。溫度控制系統(tǒng)控制框圖如圖1所示。
3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
根據(jù)系統(tǒng)所需完成的功能，設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。
3.1 控制核心。系統(tǒng)采用SST89E564RC單片機(jī)作為控制核心，進(jìn)行溫度采集、信息顯示及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。SST89E564RC是美國(guó)SST公司推出的高可靠、小扇區(qū)結(jié)構(gòu)的FLASH單片機(jī)，內(nèi)部嵌入72 KB的Super-Flash，1 KB的RAM，通過對(duì)其RAM做進(jìn)一步擴(kuò)展，可滿足嵌入系統(tǒng)操作系統(tǒng)的運(yùn)行條件。
3.2 溫度傳感器。溫度傳感器采用Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DSl8820。該傳感器支持“一線總線”接口，可方便地進(jìn)行多點(diǎn)溫度測(cè)量，還可以程序設(shè)定9～12位的分辨率，最高精度為±0．062 5℃，分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在E2PROM中，掉電后依然保存。該產(chǎn)品支持3～5．5 V的電壓范圍，因其體積小使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。DSl8820的管腳排列如圖3所示，其中DQ為數(shù)字信號(hào)輸入／輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸人端。
DSl8820內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由4部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。
光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DSl8820的地址序列碼。光刻ROM的作用是使每一個(gè)DSl8820都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)1根總線上掛接多個(gè)DSl8820的目的。
DSl8820溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括9 B高速暫存RAM和1 B非易失性的可電擦除的E2PROM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH，TL和結(jié)構(gòu)寄存器，該字節(jié)第7位(TM)為0，低5位一直都是1，第6，5位(R1，R0)用來設(shè)置分辨率，如表1所示。
根據(jù)DSl8820的通信協(xié)議，主機(jī)控制DSl8820完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過3個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)其進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送1條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DSl8820進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500μs，然后釋放，DSl8820收到信號(hào)后等待16～60μs左右，后發(fā)出60～240μs的存在低脈沖，主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。由于DSl8820采用的是單線進(jìn)行控制與讀取數(shù)據(jù)，因此對(duì)操作的時(shí)序要求非常嚴(yán)格，否則由于時(shí)序不匹配，將無法完成對(duì)器件的正確操作。
3.3 控制執(zhí)行那分。(1)壁掛爐燃燒系統(tǒng)控制。控制電路采用了脈沖繼電器器件作為整個(gè)系統(tǒng)的總控部分，當(dāng)所有居室溫度均達(dá)到設(shè)定值時(shí)，停止壁掛爐的工作。該繼電器的特點(diǎn)是：當(dāng)線圈收到一個(gè)脈沖信號(hào)后，線圈通電，電磁鐵吸合，帶動(dòng)觸頭閉合接通需要控制的電路，當(dāng)下一個(gè)信號(hào)到來后，電磁鐵吸合，觸頭斷開，切斷被控制的電源，因此其具有自鎖和信號(hào)遙控功能。由于磁鐵的作用，控制脈沖消失后滑片位置不發(fā)生變化，保持穩(wěn)定狀態(tài)，所以該器件具有功耗小、具有記憶功能。(2)居室溫度控制。各居室溫度控制在燃燒控制系統(tǒng)工作前提下，根據(jù)各居室溫度測(cè)量返回值，采用上海歐凱電磁閥制造有限公司生產(chǎn)的OK6515自保持脈沖電磁閥控制各回路的通斷。脈沖電磁閥采用脈沖和永磁技術(shù)，只需通過控制器切換脈沖的電極觸點(diǎn)來改變電磁閥的開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)控制器發(fā)出電脈沖時(shí)，驅(qū)動(dòng)閥芯克服永磁力產(chǎn)生上下移，使閥瓣到位后在永磁作用下處于自保持狀態(tài)。
3.4 圖形液晶顯示模塊。為了能夠提供形象直觀的用戶顯示界面，系統(tǒng)采用圖形液晶顯示模塊LCDl2864，其具有8位標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線、6條控制線及電源線，可與CPU直接接口，顯示各種字符及圖形。考慮到系統(tǒng)中漢字的使用量少，因此選用不帶漢字庫(kù)的LCD。對(duì)于使用的漢字分別提取其字模并以二進(jìn)制形式保存于內(nèi)部FLASHROM中。
4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要依據(jù)系統(tǒng)程序流程以及DSl8820的時(shí)序要求進(jìn)行代碼編寫。為了降低開發(fā)難度，提高開發(fā)效率，系統(tǒng)開發(fā)中引入了μC／OS一Ⅱ嵌入式操作系統(tǒng)并移植了LCD顯示驅(qū)動(dòng)。另一方面，為了確保對(duì)DSl8820操作時(shí)序的精確性，對(duì)DSl8820進(jìn)行初始化和讀寫代碼仍采用匯編語(yǔ)言。
4.1系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括各測(cè)溫元件的序列號(hào)表，漢字字模存儲(chǔ)、系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間表存儲(chǔ)、各溫控點(diǎn)的設(shè)定值及測(cè)量值、系統(tǒng)時(shí)間的存放及一些臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
為了區(qū)別多個(gè)溫度傳感器，在系統(tǒng)初始化時(shí)讀入傳感器中的64位序列號(hào)，并將其存入程序存儲(chǔ)空間，以便程序運(yùn)行期間進(jìn)行比對(duì)，共需64 B。漢字字模采用16×16字庫(kù)進(jìn)行提取，其中每個(gè)漢字需32 B，約15個(gè)字，為了方便程序功能的升級(jí)改進(jìn)，在程序存儲(chǔ)空間中按20個(gè)字進(jìn)行空間分配，需要存儲(chǔ)空間640 B。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間表的設(shè)計(jì)以小時(shí)為設(shè)置單位，需要保存24個(gè)值；為了減少時(shí)間比較過程中的數(shù)據(jù)計(jì)算量以及方便編程，對(duì)每個(gè)值采用一個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)，這里共需24 B存儲(chǔ)空間，這里仍然使用程序存儲(chǔ)空間進(jìn)行存儲(chǔ)，以便在系統(tǒng)掉電時(shí)設(shè)定值不會(huì)丟失。
4.2系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)。系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)主要使用KeilC5l進(jìn)行編寫，但由于對(duì)DSl8820器件的讀寫時(shí)序要求比較嚴(yán)格，故采用匯編代碼，其中溫度讀取子程序主要代碼如下：
關(guān)鍵詞：127 m3聚合釜 聚氯乙烯溫度控制系統(tǒng) 串級(jí)控制系統(tǒng)
中圖分類號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）03（c）-0091-01
聚氯乙烯聚合工藝簡(jiǎn)單來說就是將氯乙烯、水、分散劑等按一定比例加入聚合釜，經(jīng)攪拌形成懸浮體系，然后加入引發(fā)劑引發(fā)聚合反應(yīng)。聚合反應(yīng)溫度是聚氯乙烯成型最重要的控制指標(biāo)之一，在聚合反應(yīng)期間，聚合溫度過高會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，聚合溫度過低會(huì)導(dǎo)致聚合反應(yīng)緩慢或停滯，直接影響反應(yīng)速度和樹脂質(zhì)量。因此，如何保持聚合期間反應(yīng)溫度的恒定成為聚合反應(yīng)的一個(gè)重點(diǎn)特征。聚合反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，撤熱系統(tǒng)主要由夾套、回流冷凝器、內(nèi)冷擋板三部分組成。它們都是通過聚合釜主溫度控制點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)來控制冷卻水的流量，使聚合釜的溫度保持在設(shè)定范圍內(nèi)。
1 聚合反應(yīng)的機(jī)理分析
聚合反應(yīng)為放熱反應(yīng)，而且是放出熱量劇烈的反應(yīng)。聚合反應(yīng)在釜內(nèi)進(jìn)行時(shí)，放出的熱量中大部分由夾套內(nèi)充入的冷卻水帶走，其余熱量由回流冷凝器、或內(nèi)冷擋板帶走，目標(biāo)是使聚合溫度在反應(yīng)期間保持恒定。因?yàn)榇蟛糠值臒崃坑蓨A套水帶走，因此，聚合釜溫度控制方案一般都是以?shī)A套水為主要變量。此過程一般說具有以下動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)：冷卻水，反應(yīng)物，聚合釜本身的熱容，夾套及內(nèi)層，測(cè)溫元件的滯后等等。而且每個(gè)環(huán)節(jié)在進(jìn)行動(dòng)態(tài)下的熱平衡分析時(shí)又都是相互影響的。我們知道盡管測(cè)溫元件的熱容很小，但時(shí)間常數(shù)約有幾十秒，所以作為一動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)進(jìn)行理論分析時(shí)，總是希望能把一些問題簡(jiǎn)單化。如上述環(huán)節(jié)中，夾套中有一定的熱容，但不銹鋼材料的導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較大，另外，夾套內(nèi)盡管熱阻很大，但畢竟較薄，所以一般把夾套內(nèi)層和夾套溫度看成均勻的。由于聚合釜在結(jié)構(gòu)上設(shè)置了攪拌器（攪拌器分上、中、下三層葉片），在聚合時(shí)，我們可以把釜內(nèi)各處的溫度看成是均勻的，這樣聚合溫度的動(dòng)態(tài)平衡主要決定于釜內(nèi)瞬時(shí)熱量的平衡，即聚合釜內(nèi)溫度變化過程應(yīng)等于反應(yīng)放出的熱量與夾套冷卻水除去熱量的差值。在聚合反應(yīng)期間，一旦受到某一隨機(jī)性干擾，使聚合溫度上升，此時(shí)系統(tǒng)如不及時(shí)增加冷卻水量用來降溫，那么瞬時(shí)產(chǎn)生的熱量就會(huì)上升，反過來又促使聚合溫度升高，這樣帶來了溫度的一個(gè)惡性增長(zhǎng)。反之，若某一隨機(jī)干擾使溫度稍有下降，惡性循環(huán)進(jìn)一步使溫度下降，可能使聚合反應(yīng)因其停止。另外，隨著聚合反應(yīng)時(shí)間的增加，反應(yīng)速度加快，放出熱量增加，所以冷卻水量也要不斷增加。從以上分析可看出，對(duì)夾套冷卻水的控制是必不可少的。再是，隨著聚合過程的進(jìn)行，傳熱過程的熱阻在增加，且聚合釜內(nèi)總物料的熱容量在不斷增加，（因?yàn)镻VC的比熱CPVC=0.42大于VCM的比熱CVC=0.35）熱阻、熱容的增加，使得對(duì)象的時(shí)間常數(shù)增加，滯后現(xiàn)象嚴(yán)重，特別到了反應(yīng)后期這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重，使對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性越來越壞。
為了克服隨機(jī)干擾對(duì)反應(yīng)溫度的影響，克服時(shí)間常數(shù)的增加和滯后時(shí)間增加對(duì)對(duì)象的影響，對(duì)于聚合釜溫度控制必須選用一個(gè)理想的控制方案，以滿足生產(chǎn)需要。
聚合放熱由夾套、回流冷凝器、內(nèi)冷擋板三部分吸收，三個(gè)變量同時(shí)計(jì)算，將增加控制難度，因此，聚氯乙烯兩套裝置的溫度控制系統(tǒng)都將內(nèi)冷擋板的撤熱量固定，1#聚氯乙烯裝置的回流冷凝器的撤熱量也固定，聚合釜溫度控制系統(tǒng)只有夾套水一個(gè)變量。
2 聚氯乙烯裝置的溫度控制方案
采用了釜內(nèi)溫度為主參數(shù)，夾套入口水溫度為副參數(shù)的串級(jí)、分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在組成串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，將夾套入口溫度到釜內(nèi)反應(yīng)溫度這條容量滯后較大的通道包含在主回路中。系統(tǒng)中的3臺(tái)調(diào)節(jié)閥（一臺(tái)熱水，二臺(tái)冷水）實(shí)行分程調(diào)節(jié)。聚合溫度調(diào)節(jié)由程序控制進(jìn)行。控制如下：升溫前，回路切除，由程序控制，使輸出值固定，使三臺(tái)調(diào)節(jié)閥都處于全部關(guān)閉狀態(tài)。聚合升溫開始后，程控閥SV-261/N開，SV-262/N關(guān)，夾套通入90 ℃～100 ℃的熱水，在釜內(nèi)物料加熱。此時(shí)調(diào)節(jié)規(guī)律為PD調(diào)節(jié)（通過程序控制調(diào)節(jié)規(guī)律）。系統(tǒng)采用定值調(diào)節(jié)，主調(diào)節(jié)器溫度設(shè)定為T1，使調(diào)節(jié)閥TV-222/N-3（氣開閥）也處于開的位置；當(dāng)釜內(nèi)溫度升高到一定值時(shí)（與設(shè)定值T1差H1=3℃）時(shí)，由程序控制SV-261/N關(guān)，SV-262/N開，熱水進(jìn)行循環(huán)，此時(shí)通過調(diào)節(jié)閥TV-222/N-3補(bǔ)充HW，繼續(xù)升溫，隨著溫度的升高，調(diào)節(jié)閥TV-222/N-3逐漸關(guān)小，此時(shí)主調(diào)節(jié)器設(shè)定值T1與測(cè)量值之差逐漸縮小，當(dāng)二者之差為H2=0.5 ℃時(shí)，調(diào)節(jié)規(guī)律由PD作用改為PID作用，加積分作用的目的是為了消除系統(tǒng)余差，提高調(diào)節(jié)品質(zhì)指標(biāo)。聚合反應(yīng)開始后，為了帶走反應(yīng)放出的熱量，保持釜溫恒定，需改變進(jìn)入夾套的冷卻水量，其量通過調(diào)節(jié)閥TV-222/N-1，2進(jìn)行調(diào)節(jié)。反應(yīng)一開始，由于反應(yīng)速度慢，放出熱量少，只用TV-222/N-2小口徑閥門調(diào)節(jié)即可，隨著反應(yīng)時(shí)間的延續(xù)，反應(yīng)速度加快，放出熱量增加，冷卻水量需加大，此時(shí)TV-222/N-1，2兩閥同時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以帶走反應(yīng)熱，使聚合溫度控制不超過規(guī)定偏差。聚合反應(yīng)結(jié)束后，為了減少聚氯乙烯漿液中VCM的含量，對(duì)釜中沒有反應(yīng)的VCM氣體要進(jìn)行回收。回收前要對(duì)釜內(nèi)物料升溫，使氣體從聚氯乙烯漿料中分離，以便使VCM氣體能充分回收。
在回收中主調(diào)節(jié)器溫度設(shè)定到T2，主、副調(diào)節(jié)器參數(shù)由PD方式到PID方式，與聚合階段控制方法一樣。對(duì)于每種牌號(hào)產(chǎn)品的聚合溫度設(shè)定值，預(yù)先設(shè)定在控制器設(shè)計(jì)庫(kù)中，在聚合升溫、聚合和回收升溫過程中控制器的指標(biāo)值是一定的（如：58 ℃）調(diào)節(jié)閥采用分程調(diào)節(jié)，不但適應(yīng)了生產(chǎn)需要，對(duì)多種介質(zhì)（HW，RW）進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且擴(kuò)大了調(diào)解閥的可調(diào)整范圍，改善了調(diào)節(jié)閥的工作特性，從而提高了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。此系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥可調(diào)比擴(kuò)大了五倍。在此串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，由于副回路的存在使對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性有了很大的改善，時(shí)間常數(shù)減小，滯后時(shí)間也有所縮短，提高了系統(tǒng)克服干擾的能力（這是串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，不再論證。），另外把一些干擾因素（如：RW的溫度變化，壓力變化）納入副環(huán)中，使得干擾得到迅速克服，加快調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)調(diào)節(jié)介質(zhì)用恒定的冷凍水（7℃～10℃）作為冷卻水，而不用循環(huán)水，這一措施克服了由于環(huán)境溫度變化而帶來的干擾因素，從而使系統(tǒng)控制穩(wěn)定。該系統(tǒng)檢測(cè)元件采用了雙支電阻體，可以在控制面板上互相切換，而不產(chǎn)生擾動(dòng)，保證了系統(tǒng)測(cè)量的可靠性和準(zhǔn)確性以及這個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。
【關(guān)鍵詞】 數(shù)字顯示 繼電器 可調(diào)溫度控制
1 方案設(shè)計(jì)思路
本方案設(shè)想是采用AT89C2051單片機(jī)結(jié)合DS18B20溫度傳感器控制溫度的設(shè)計(jì)，DS18B20是一種新型的可編程溫度傳感器，能直接與單片機(jī)完成數(shù)據(jù)采集和處理，實(shí)現(xiàn)方便、精度高，可根據(jù)不同需要用于各種場(chǎng)合。
2 方案可行性論證
（1）從技術(shù)性角度來看，該系統(tǒng)所用技術(shù)均為現(xiàn)代新技術(shù)，具有很高技術(shù)含量，本系統(tǒng)完成的主要任務(wù)如下：1）測(cè)定并顯示當(dāng)前環(huán)境溫度值。2）設(shè)定一個(gè)上限溫度值并保存在DS18B20。3）當(dāng)環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度，繼電器被驅(qū)動(dòng)吸合，外電路中的降溫風(fēng)扇開始工作并發(fā)出警報(bào)。4）當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)定溫度后，繼電器自動(dòng)斷開，風(fēng)扇停止工作，警報(bào)解除。
（2）本系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)如下：1）溫度顯示范圍：-55― +125攝氏度。2）壓縮機(jī)輸出節(jié)點(diǎn)容量：10A/240V AC。3）LED燈閃爍報(bào)警。
（3）從系統(tǒng)的性能來看，所采用的DS18B20是一種新型的可編程溫度傳感器，能直接與單片機(jī)完成數(shù)據(jù)采集和處理，實(shí)現(xiàn)方便、精度高，可根據(jù)不同需要用于各種場(chǎng)合。
綜上所述，該系統(tǒng)具有良好的開發(fā)價(jià)值，具有廣闊的應(yīng)用前景。
3 方案設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)需要完成溫度的采集，顯示當(dāng)前溫度值，并通過按鍵設(shè)定上限溫度，實(shí)現(xiàn)當(dāng)溫度超過設(shè)定的溫度值時(shí)，繼電器導(dǎo)通，使連接繼電器的風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，使溫度下降，同時(shí)發(fā)光二極管發(fā)光。系統(tǒng)包括單片機(jī)最小系統(tǒng)電路和按鍵電路、LED顯示電路、溫度檢測(cè)部分、發(fā)光二極管和控制輸出等主要部分，系統(tǒng)地總體設(shè)計(jì)如下圖所示：
圖1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖
3.2 系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備
3.2.1 微處理器AT89C2051
AT89C2051是低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含2K bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128bytes的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元。
圖2 AT89C2051引腳結(jié)構(gòu)
3.2.2 溫度傳感器DS18B20
DS18B20數(shù)字溫度計(jì)是DALLAS公司生產(chǎn)的1-Wire。只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信，在DS18B20中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無二的序列號(hào)，實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫，測(cè)量溫度范圍在-55。C到+125。C之間，數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從9位到12位選擇，內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。圖3為DS18B20的引腳圖。
DS18B20的設(shè)計(jì)原理：
DS18B20使用外接電源的供電方式，數(shù)據(jù)端用4.7K的電阻上拉接+VDD，再接到AT89c2051的P3.7腳上。晶振選用11.0592M 的，使用簡(jiǎn)單的上電復(fù)位電路。選用共陽(yáng)極的數(shù)碼管，用S8550作位驅(qū)動(dòng)，段引腳通過470歐的限流電阻接入AT89C2051的P1口上，電路中有三個(gè)按鍵，分別是顯示開關(guān)/溫度設(shè)定，溫度上調(diào)，溫度下調(diào)，使用AT89C2051的第P3.5腳做控制輸出端，低電平有效，通過9012 三極管放大去驅(qū)動(dòng)一個(gè)5V的繼電器。設(shè)定一個(gè)溫度值如15度，當(dāng)溫度超出15度時(shí)，控制端為低電平，繼電器閉合，風(fēng)扇啟動(dòng)進(jìn)行散熱，當(dāng)溫度下降到設(shè)定溫度時(shí)，繼電器斷開，散熱風(fēng)扇停止工作。
3.3 主要的電路設(shè)計(jì)
基于單片機(jī)的溫度控制主要有以下幾部分：溫度數(shù)據(jù)采集，按鍵設(shè)計(jì)、溫度顯示、繼電器4個(gè)部分，下面分別加以介紹，硬件模塊如圖4所示。
3.3.1 溫度采集部分
溫度傳感器有很多種，這里選用單總線數(shù)字輸出的集成半導(dǎo)體溫度傳感器DS18B20，其特點(diǎn)：獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；測(cè)溫范圍-55℃～+125℃，固有測(cè)溫分辨率0.5℃；支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS1820可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫；工作電源：3～5V/DC。
溫度檢測(cè)數(shù)據(jù)采集電路如圖5所示，由溫度傳感器DS18B20采集被控對(duì)象的實(shí)時(shí)溫度，提供給AT89C2051的I/O口作為數(shù)據(jù)輸入。
3.3.2 LED數(shù)碼管顯示電路
顯示器分為數(shù)碼管和液晶顯示，本系統(tǒng)所采用是的數(shù)碼管顯示，其外形和引腳如圖6所示：
LED數(shù)碼有共陽(yáng)和共陰兩種，把這些LED發(fā)光二極管的正極接到一塊（一般是拼成一個(gè)8字加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)）而作為一個(gè)引腳，就叫共陽(yáng)機(jī)極數(shù)碼管；相反的，就叫共陰的（如圖7所示）那么應(yīng)用時(shí)這個(gè)腳就分別的接VCC和GND。再把多個(gè)這樣的8字裝在一起就成了多位的數(shù)碼管了。
基于單片機(jī)的熱水控制器采用7段數(shù)LED碼管顯示，這里采用3個(gè)數(shù)碼管顯示溫度。
6位共陽(yáng)極數(shù)碼管采用掃描形式工作，其8個(gè)數(shù)據(jù)為接在單片機(jī)灌電流驅(qū)動(dòng)能力最大的PO口，AT89C2051單片機(jī)的P0口的每一個(gè)I/O都能能吸收8個(gè)TTL邏輯器件的輸入漏電流，算下來能驅(qū)動(dòng)約10mA。能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的8個(gè)數(shù)據(jù)陰極。
6位共陽(yáng)極數(shù)碼的6個(gè)陽(yáng)極采用6個(gè)PNP三極管9012驅(qū)動(dòng)。用單片機(jī)P2.0-P2.5 6個(gè)I/O口控制。電路圖如圖8所示。
3.3.3 單片機(jī)及按鍵電路設(shè)計(jì)
圖9為單片機(jī)及鍵盤電路的電路圖，單片機(jī)AT89C2051的時(shí)鐘引腳外接12M晶振，作為單片機(jī)工作的時(shí)鐘，EA端接高電平，表示使用片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。RST引腳接了上電復(fù)位電路，當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)，上電復(fù)位電路會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電平脈沖信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位。（如圖9）
鍵盤是標(biāo)準(zhǔn)的輸入設(shè)備。本方案使用軟件實(shí)現(xiàn)鍵盤的掃描。實(shí)現(xiàn)起來具有較強(qiáng)的靈活性，也只需要很少的CPU開銷，可以節(jié)省開發(fā)成本。
理論上當(dāng)按鍵按下或彈起時(shí)，可以相應(yīng)的產(chǎn)生低電平或高電平，但實(shí)際并非如此。鍵盤按鍵一般都采用觸點(diǎn)式按鍵開關(guān)。當(dāng)按鍵被按下或釋放時(shí)，按鍵觸點(diǎn)的彈性會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象。即當(dāng)按鍵按下時(shí)，觸點(diǎn)不會(huì)迅速可靠地接通，當(dāng)按鍵釋放時(shí)，觸點(diǎn)也不會(huì)立即斷開，而是要經(jīng)過一段時(shí)間的抖動(dòng)才能穩(wěn)定下來，按鍵材料不同，抖動(dòng)時(shí)間也各不相同。
一次完整的按鍵過程，包含以下幾個(gè)階段：如圖10所示。（1）等待階段：此時(shí)按鍵尚未按下，處于空閑階段；（2）閉合抖動(dòng)階段：此時(shí)鍵剛剛按下，但信號(hào)處于抖動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)在檢測(cè)時(shí)應(yīng)消抖延時(shí)，約5ms到20ms；（3）有效閉合階段：此時(shí)抖動(dòng)己經(jīng)結(jié)束，一個(gè)有效按鍵動(dòng)作己經(jīng)產(chǎn)生，系統(tǒng)應(yīng)該在此時(shí)執(zhí)行按鍵功能，或?qū)存I編碼記錄下來，待鍵彈起時(shí)再執(zhí)行其功能；（4）釋放抖動(dòng)階段：許多時(shí)候編程人員并不在此時(shí)消抖延時(shí)，但最好也執(zhí)行一次消抖延時(shí)，以防止誤操作；（5）有效釋放階段：若設(shè)計(jì)要求在按鍵抬起時(shí)才執(zhí)行功能，則應(yīng)當(dāng)在此時(shí)進(jìn)行按鍵功能的處理。
軟件上對(duì)閉合階段的抖動(dòng)一般采取延時(shí)再次確認(rèn)按鍵是否按下的方式消除抖動(dòng)。
如上圖所示，完成系統(tǒng)的最高溫度和最低溫度的高低調(diào)整的四個(gè)按鍵分別加上拉電阻接到單片機(jī)的P1.1-P1.4口上，供單片機(jī)查詢，當(dāng)沒有按鍵按下時(shí)，單片機(jī)I/O口輸入高電平，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)的單片機(jī)端口變?yōu)榈碗娖剑瑔纹瑱C(jī)通過檢測(cè)這種電平的變化確定按鍵的狀態(tài)。
3.3.4 繼電器電路
繼電器具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。如圖11所示。
3.4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
（1）系統(tǒng)程序流程圖如圖12所示：
（2）獨(dú)立按鍵程序流程圖如圖13所示。
4 系統(tǒng)的測(cè)試分析
經(jīng)測(cè)試，此設(shè)計(jì)中應(yīng)實(shí)現(xiàn)的當(dāng)前溫度顯示，溫度設(shè)定（包括設(shè)定溫度上調(diào)、下調(diào)），繼電器輸出，設(shè)定溫度保存，系統(tǒng)關(guān)閉等功能均實(shí)現(xiàn)。溫度可以正常顯示且精確度相當(dāng)高。
當(dāng)然，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試中也出現(xiàn)了好多問題，現(xiàn)在都得以解決。例如：（1）開始時(shí)無法顯示當(dāng)前溫度，但其它功能均能正常實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)最初溫度傳感器DS18B20正負(fù)極接反燒毀，更換后可以正常顯示。（2）溫度顯示不穩(wěn)定，跳動(dòng)不止，而且同時(shí)繼電器輸出口高低電平也不穩(wěn)定，也隨之跳動(dòng)。后來在傳感器I/O口輸入單片機(jī)前加上1.6K左右電阻問題得以解決。
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【關(guān)鍵詞】DSP；實(shí)時(shí)DSP系統(tǒng)；發(fā)展
【中圖分類號(hào)】TN911.72 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672-5158（2012）09-0045-01
數(shù)字信號(hào)處理（Digital Signal Processing）是一門以眾多學(xué)科為理論基礎(chǔ)面又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。數(shù)字信信號(hào)處理器（Digital Signal Processor）是微電子學(xué)、數(shù)字信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)技術(shù)這3門學(xué)科綜合研究的成果。在數(shù)字信號(hào)處理中需要頻繁地進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的乘法和加法運(yùn)算，以前是利用大型計(jì)算機(jī)進(jìn)行卷積、相關(guān)、濾波及FFT變換等算法的研究和處理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模擬和仿真。后來使用了微型計(jì)算機(jī)，但它的體積仍然比較大，成本比較高，特別是不易嵌入到產(chǎn)品中。通用微處理器單片機(jī)因適用的目的不同，在運(yùn)算速度上難以適應(yīng)信號(hào)實(shí)時(shí)處理的要求。所以在20世紀(jì)70年代未，科技人員開發(fā)了這種基于超大規(guī)模集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的數(shù)字信號(hào)處理品——DSP芯片。
DSP芯片實(shí)際上就是一種單片機(jī)，是集成高速乘法器，具有多組內(nèi)部總線，能夠進(jìn)行快速乘法和加法運(yùn)算，適于高速數(shù)字信號(hào)處理的高速，高位單片計(jì)算機(jī)，這種器件常常被稱為單片數(shù)字信號(hào)處理器。它具有體積小、功耗小、使用方便、實(shí)時(shí)處理迅速、處理數(shù)據(jù)量大、處理精度高、性能價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)。DSP采用程序空間和數(shù)據(jù)空間完全分開的哈佛（Havard）結(jié)構(gòu)，允許同時(shí)取指令和操作數(shù)，而且允許在程序空間和數(shù)據(jù)空間之間相互傳遞數(shù)據(jù)，即改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)。TMS320LF240x DSP的CPU核心具有獨(dú)立的內(nèi)部數(shù)據(jù)和程序總線結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)和程序總線分為6條16位的總線，分別為：PAB，程序地址總線，為讀寫程序空間提供地址；DRAB，數(shù)據(jù)讀地址總線，為讀數(shù)據(jù)空間提地址；DWAB，數(shù)據(jù)寫地址總線，為寫數(shù)據(jù)空間提供地址；PRDB，從程序空間向CPU傳送代碼、立即操作數(shù)和表信息的程序讀總線；DRDB，從數(shù)據(jù)空間向中央算術(shù)邏輯單元（CALU）和輔助寄存器算術(shù)單元（ARAU）傳送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)讀總線；DWEB，可以傳送數(shù)據(jù)到程序空間和數(shù)據(jù)空間的數(shù)據(jù)寫總線。數(shù)據(jù)讀地址總線（DRAB）和數(shù)據(jù)寫地址總線（DWAB）是相互獨(dú)立的地址總線，CPU在相同的機(jī)器周期內(nèi)可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫操作。TMS320LF240x DSP流水線具有四個(gè)獨(dú)立的階段：取指令、指令譯碼、取操作數(shù)以及指令執(zhí)行。一般情況下，取指令占用PAB和PRDB；指令譯碼不占用任何程序和數(shù)據(jù)總線；取操作數(shù)占用DRAB和DRDB；指令執(zhí)行包括將執(zhí)行結(jié)果寫回?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將占用DWAB和DWEB。可見，TMS320LF240x DSP獨(dú)特的總線結(jié)構(gòu)大大減少了流水線沖突，極大提高了指令的運(yùn)行速度。
實(shí)時(shí)DSP系統(tǒng)的構(gòu)成
由于實(shí)時(shí)的處理系統(tǒng)所要處理的信號(hào)多為物理信號(hào)，因此必須通過傳感器將物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，若為模擬信號(hào)可通過AID轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后輸送給數(shù)字處理部件；若為開關(guān)數(shù)字信號(hào)可通過I/O接口輸送給數(shù)字處理部件。實(shí)時(shí)處理要求系統(tǒng)必須在有限的時(shí)間內(nèi)對(duì)外部輸入信號(hào)完成指定的處理，即信號(hào)處理速度必須大于等于輸入信號(hào)更新的速度，而且從信號(hào)輸入到處理后信號(hào)輸出的延遲必須足夠小。所以采用DSP芯片作為數(shù)字信號(hào)處理部件是最好的選擇。
DSP的發(fā)展前景
1.提高性能，就TI公司而言，在開發(fā)的10個(gè)不同種類的TMS320系列DSP產(chǎn)品中，每個(gè)系列的產(chǎn)品針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，預(yù)計(jì)到2010年將會(huì)提高到230倍，屆時(shí)，利用這種具有很高性能的DSP，將能制造出新一代高性能的家庭網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)電視機(jī)、實(shí)時(shí)視頻電話以及家用多功能機(jī)器人等全新產(chǎn)品。
2.集成度，TI公司預(yù)測(cè)到2010年，DSP芯片的集成度將會(huì)增加11倍，在單個(gè)芯片內(nèi)將集成5億個(gè)晶體裁管。
3.降低功耗DSP內(nèi)核的功耗目前正在不斷降低，其工作電壓已從5V降到3.3V又降至1.2V，工作電壓低于1v的DSP產(chǎn)品也正在加緊研制開發(fā)隨著DSP內(nèi)核工作電壓的不斷降低，其功耗下降了許多倍（TMS320C54X進(jìn)行全速率話音編解碼時(shí)，功耗只有5.6mW），同時(shí)將會(huì)使應(yīng)用這種DSP的便攜式產(chǎn)品的功耗也隨之減少。
4.加強(qiáng)融合，DSP與微控制器（MCU）的融合將成為大勢(shì)所趨。在許多嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域，既需要DSP，也需要MCU，由于DSP在數(shù)字信號(hào)處理方面，MCU在智能控制方面各具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因此將DSP與MCU融合在一起的雙核平臺(tái)，將成為DSP技術(shù)發(fā)展的一種新潮流。
DSP和MCU的融合將成為有利于開發(fā)個(gè)人通信機(jī)、智能電源以及無線Internet產(chǎn)品等新一代無線通信設(shè)備。盡管各個(gè)廠商推出的DSP/MCU平臺(tái)具體設(shè)計(jì)方案不同，但是它們都具有DSP與MCU共享片內(nèi)資源的特點(diǎn)，采用這種組合平臺(tái)的好處是不僅能夠節(jié)省成本，而且能降低功耗。
【關(guān)鍵詞】 STC89C52 溫度控制 DS18B20 藍(lán)牙
現(xiàn)代溫度控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向是智能化、集成化，溫度控制系統(tǒng)已應(yīng)用于生活的各個(gè)方面，各行各業(yè)對(duì)于溫度控制的要求越來越高。由于藍(lán)牙采用無線接口來代替有線光纜連接，具有很強(qiáng)的移植性，并且適用于各種場(chǎng)合，而且應(yīng)用簡(jiǎn)單很容易實(shí)現(xiàn)，其應(yīng)用范圍十分廣泛。因此，我們可以改變傳統(tǒng)的溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，對(duì)單片機(jī)和藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)行整合，在低端電子產(chǎn)品上采用藍(lán)牙技術(shù)，設(shè)計(jì)出一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，具有很好的實(shí)用價(jià)值。
1 方案簡(jiǎn)介
本系統(tǒng)主要由溫度采集模塊DS18B20、溫度控制模塊，狀態(tài)指示模塊以及藍(lán)牙收發(fā)模塊四個(gè)主要部分組成。單片機(jī)通過采集溫度數(shù)據(jù)，根據(jù)所設(shè)定的溫度值做出決策，控制溫度控制模塊的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)溫度控制，指示燈實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前系統(tǒng)工作狀態(tài)，并且單片機(jī)通過藍(lán)牙模塊向電腦發(fā)送當(dāng)前溫度數(shù)據(jù)；PC機(jī)通過自帶藍(lán)牙或通過藍(lán)牙適配器（在本設(shè)計(jì)中選擇了藍(lán)牙適配器的傳送方式），向系統(tǒng)發(fā)送控制命令，設(shè)定溫控控制閾值。
2 單片機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
基于STC89C52的藍(lán)牙溫度控制系統(tǒng)的總體硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
藍(lán)牙模塊設(shè)計(jì)采用HC-06藍(lán)牙串口模塊，該模塊分兩種方式使用：（1）成對(duì)使用，一主一從，分別接串口（產(chǎn)品本身已經(jīng)配對(duì)好，給單個(gè)模塊上電，閃的快的為主機(jī)，閃的慢的為從機(jī)）。主從成對(duì)使用不需要驅(qū)動(dòng)程序，兩個(gè)模塊都上電就能傳輸。（2）從機(jī)配合藍(lán)牙適配器使用，藍(lán)牙適配器需要驅(qū)動(dòng)程序。可配合筆記本電腦、PDA、藍(lán)牙手機(jī)等設(shè)備直接使用，規(guī)定的配對(duì)密碼為“1234”。本系統(tǒng)采用的是配合藍(lán)牙適配器的使用方式。
本系統(tǒng)采用兩個(gè)繼電器控制發(fā)熱裝置，一個(gè)繼電器控制升溫電路，一個(gè)繼電器控制降溫電路。并且分別采用兩個(gè)LED顯示燈來顯示兩個(gè)繼電器的工作狀態(tài)，紅燈亮則表示升溫繼電器在工作，綠燈亮則表示降溫繼電器在工作。在進(jìn)行溫度控制時(shí)，先對(duì)系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)目標(biāo)溫度，當(dāng)實(shí)際溫度高于或低于此目標(biāo)溫度時(shí)，觸發(fā)繼電器工作，相應(yīng)的指示燈亮，當(dāng)溫度達(dá)到目標(biāo)溫度時(shí)則停止工作。溫度的測(cè)量精度為正負(fù)1度。
溫控電路工作原理簡(jiǎn)述如下：溫控電路工作時(shí)，先給9012的三極管的端口提供一個(gè)低電平使9012三極管導(dǎo)通，導(dǎo)通后觸發(fā)電磁繼電器的電磁鐵開始工作，讓電磁鐵帶有磁性，從而使單刀雙擲開關(guān)打到里一邊。這是電源Vcc接通開始工作，電流流至LED顯示等，把燈點(diǎn)亮，從而顯示當(dāng)時(shí)的工作狀態(tài)。在進(jìn)行溫度控制時(shí)，升溫控制電路和降溫控制電路只有一個(gè)電路工作，不會(huì)同時(shí)進(jìn)行工作。在進(jìn)行溫度控制時(shí)要么紅燈亮即此時(shí)在進(jìn)行升溫，要么綠燈亮即此時(shí)在對(duì)系統(tǒng)降溫。當(dāng)系統(tǒng)溫度達(dá)到預(yù)定值（系統(tǒng)溫度平衡）時(shí)，LED顯示燈中都沒有電流兩燈都會(huì)熄滅。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.1 主程序流程圖
主程序主要功能為：根據(jù)獲取的溫度值與上位機(jī)設(shè)定的閾值，決策溫度控制器的動(dòng)作，并向PC機(jī)發(fā)送溫度數(shù)據(jù)。主程序主要是控制整體模塊的程序，子程序控制各個(gè)元器件功能的實(shí)現(xiàn)。
3.2 子程序設(shè)計(jì)
由于系統(tǒng)主要由溫度采集模塊DS18B20、溫度控制模塊，狀態(tài)指示模塊以及藍(lán)牙收發(fā)模塊組成，每個(gè)模塊都需要有各自的程序來控制其功能的實(shí)現(xiàn)。因此，設(shè)計(jì)了溫度采集程序、溫度控制程序、藍(lán)牙收發(fā)程序等對(duì)不同的系統(tǒng)模塊用不同的控制程序分別進(jìn)行局部控制。
（1）溫度采集程序設(shè)計(jì)：本系統(tǒng)采用了DS18B20溫度傳感器進(jìn)行溫度采集。（2）溫度控制程序設(shè)計(jì)：溫度控制采用的是兩個(gè)繼電器分別對(duì)應(yīng)于升溫和降溫。并且設(shè)計(jì)了兩個(gè)狀態(tài)指示燈與之相對(duì)應(yīng)。（3）藍(lán)牙模塊程序設(shè)計(jì)：藍(lán)牙模塊是采用無線通訊技術(shù)將PC機(jī)與單片機(jī)相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)程的溫度控制。
4 系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
本系統(tǒng)采用藍(lán)牙驅(qū)動(dòng)和串口調(diào)試助手的方式進(jìn)行調(diào)試。藍(lán)牙模塊和適配器配對(duì)成功后會(huì)獲取相應(yīng)的COM端口，然后在串口調(diào)試助手中選擇相應(yīng)的COM端口進(jìn)行溫度的控制。實(shí)際的控制功能是在控制過程中先設(shè)定一個(gè)目標(biāo)溫度，當(dāng)實(shí)際溫度高于次溫度時(shí)，降溫繼電器開始工作，綠燈亮要求外界進(jìn)行降溫控制，一旦達(dá)到目標(biāo)溫度則停止工作；當(dāng)實(shí)際溫度低于設(shè)定的目標(biāo)溫度時(shí)，觸發(fā)升溫繼電器工作，紅等亮要求外界進(jìn)行升溫控制，當(dāng)達(dá)到平衡是停止工作。
5 結(jié)論
本系統(tǒng)中，單片機(jī)通過采集溫度數(shù)據(jù)，根據(jù)所設(shè)定的溫度值做出決策，控制溫度控制模塊的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)溫度控制，指示燈實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前系統(tǒng)工作狀態(tài)，并且單片機(jī)通過藍(lán)牙模塊向電腦發(fā)送當(dāng)前溫度數(shù)據(jù)；PC機(jī)通過藍(lán)牙適配器，向系統(tǒng)發(fā)送控制命令，設(shè)定溫控控制閾值，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確調(diào)控溫度的功能。
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關(guān)鍵詞：51單片機(jī)；DS18B20；多點(diǎn)溫度檢測(cè)；溫度控制系統(tǒng)
中圖分類號(hào)：TP274文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
文章編號(hào)：1004 373X(2009)02 186 03
Multi－point Temperature Control System Based on 51 Single Chip Computer
XI Jianrong
(Weinan Teachers University,Weinan,714000,China)
Abstract：A multi－point temperature control system based on MCS－51 single chip computer is designed to solve the inaccurate problem of current temperature control system.Using DS18B20,"1－Wire" digital thermometer,and the component controlled by electric pulse.According to the temperatures got from multi－pointtemperature sensor,it can control heating water circuit and the burning or shutting of the stove.It makesthe room more comfortable and enhances the efficiency of the heating system.
Keywords：single chip computer；DS18B20；multi－point temperature measurement；temperature control system
隨著生活水平的提高，人們對(duì)家居需求由面積需求變?yōu)槭孢m需求。地板采暖采用輻射方式供暖，符合人體生理需求曲線，如果控制系統(tǒng)選取得當(dāng)，不僅可以提高房間舒適度，更可以使系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用降低許多。如今一般是在典型位置安裝一個(gè)溫控裝置，溫控裝置連接到壁掛爐，溫控器根據(jù)室溫和溫度設(shè)定直接控制鍋爐運(yùn)行，各房間不同回路由工作人員憑經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)分水器球閥，改變不同回路的流量，從而達(dá)到調(diào)節(jié)各房間的室溫的效果。使用這種控制方法，即使是有經(jīng)驗(yàn)的工作人員，也難以調(diào)節(jié)得十分準(zhǔn)確，何況各家庭成員由于年齡不同，所需舒適溫度不同，需要經(jīng)常對(duì)室溫進(jìn)行調(diào)節(jié)。
針對(duì)以上問題，利用SST89E564RC單片機(jī)及新型測(cè)溫器件設(shè)計(jì)了多點(diǎn)溫控采暖控制系統(tǒng)，根據(jù)室內(nèi)各點(diǎn)溫度設(shè)定實(shí)時(shí)控制采暖系統(tǒng)，從而提高居室的舒適性以及采暖的經(jīng)濟(jì)性。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)
系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想是以SST89E564RC單片機(jī)為控制核心，整個(gè)系統(tǒng)硬件部分包括溫度檢測(cè)部分、控制執(zhí)行部分、顯示及鍵盤系統(tǒng)及最小系統(tǒng)基本電路。系統(tǒng)利用單片機(jī)獲得溫度傳感器數(shù)據(jù)并與系統(tǒng)設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果分別控制執(zhí)行系統(tǒng)。溫度控制系統(tǒng)控制框圖如圖1所示。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
根據(jù)系統(tǒng)所需完成的功能，設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。
2.1 控制核心
系統(tǒng)采用SST89E564RC單片機(jī)作為控制核心，進(jìn)行溫度采集、信息顯示及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。SST89E564RC是美國(guó)SST公司推出的高可靠、小扇區(qū)結(jié)構(gòu)的FLASH單片機(jī)，內(nèi)部嵌入72 KB的SuperFlash，1 KB的RAM，通過對(duì)其RAM做進(jìn)一步擴(kuò)展，可滿足嵌入系統(tǒng)操作系統(tǒng)的運(yùn)行條件。
2.2 溫度傳感器
溫度傳感器采用Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20。該傳感器支持 “一線總線”接口，可方便地進(jìn)行多點(diǎn)溫度測(cè)量，還可以程序設(shè)定9~12位的分辨率，最高精度為±0.062 5 ℃，分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在E2PROM中，掉電后依然保存。該產(chǎn)品支持3~5.5 V的電壓范圍，因其體積小使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。
DS18B20的管腳排列如圖3所示，其中DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端。
DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由4部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。
光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)1根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。
DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括9 B高速暫存RAM和1 B非易失性的可電擦除的E2PROM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH，TL和結(jié)構(gòu)寄存器，該字節(jié)第7位（TM）為0，低5位一直都是1，第6，5位（R1，R0）用來設(shè)置分辨率，如表1所示。
根據(jù)DS18B20的通信協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過3個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)其進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送1條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500 μs，然后釋放，DS18B20收到信號(hào)后等待16～60 μs左右，后發(fā)出60～240 μs的存在低脈沖，主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。由于DS18B20采用的是單線進(jìn)行控制與讀取數(shù)據(jù)，因此對(duì)操作的時(shí)序要求非常嚴(yán)格，否則由于時(shí)序不匹配，將無法完成對(duì)器件的正確操作。
2.3 控制執(zhí)行部分
（1） 壁掛爐燃燒系統(tǒng)控制。
控制電路采用了脈沖繼電器器件作為整個(gè)系統(tǒng)的總控部分，當(dāng)所有居室溫度均達(dá)到設(shè)定值時(shí)，停止壁掛爐的工作。該繼電器的特點(diǎn)是：當(dāng)線圈收到一個(gè)脈沖信號(hào)后，線圈通電，電磁鐵吸合，帶動(dòng)觸頭閉合接通需要控制的電路，當(dāng)下一個(gè)信號(hào)到來后，電磁鐵吸合，觸頭斷開，切斷被控制的電源，因此其具有自鎖和信號(hào)遙控功能。由于磁鐵的作用，控制脈沖消失后滑片位置不發(fā)生變化，保持穩(wěn)定狀態(tài)，所以該器件具有功耗小、具有記憶功能。
（2） 居室溫度控制。
各居室溫度控制在燃燒控制系統(tǒng)工作前提下，根據(jù)各居室溫度測(cè)量返回值，采用上海歐凱電磁閥制造有限公司生產(chǎn)的OK6515自保持脈沖電磁閥控制各回路的通斷。脈沖電磁閥采用脈沖和永磁技術(shù)，只需通過控制器切換脈沖的電極觸點(diǎn)來改變電磁閥的開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)控制器發(fā)出電脈沖時(shí)，驅(qū)動(dòng)閥芯克服永磁力產(chǎn)生上下移，使閥瓣到位后在永磁作用下處于自保持狀態(tài)。
關(guān)鍵詞：溫室大棚；無線傳輸；溫度的監(jiān)測(cè)；實(shí)時(shí)
1 引言
隨著生活水平的提高，人們對(duì)家居需求由面積需求變?yōu)槭孢m需求。地板采暖采用輻射方式供暖，符合人體生理需求曲線，如果控制系統(tǒng)選取得當(dāng)，不僅可以提高房間舒適度，更可以使系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用降低許多。如今一般是在典型位置安裝一個(gè)溫控裝置，溫控裝置連接到壁掛爐，溫控器根據(jù)室溫和溫度設(shè)定直接控制鍋爐運(yùn)行，各房間不同回路由工作人員憑經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)分水器球閥，改變不同回路的流量，從而達(dá)到調(diào)節(jié)各房間的室溫的效果。使用這種控制方法，即使是有經(jīng)驗(yàn)的工作人員，也難以調(diào)節(jié)得十分準(zhǔn)確，何況各家庭成員由于年齡不同，所需舒適溫度不同，需要經(jīng)常對(duì)室溫進(jìn)行調(diào)節(jié)。
2 設(shè)計(jì)方案
系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想是以SST89E564RC單片機(jī)為控制核心，整個(gè)系統(tǒng)硬件部分包括溫度檢測(cè)部分、控制執(zhí)行部分、顯示及鍵盤系統(tǒng)及最小系統(tǒng)基本電路。系統(tǒng)利用單片機(jī)獲得溫度傳感器數(shù)據(jù)并與系統(tǒng)設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果分別控制執(zhí)行系統(tǒng)。溫度控制系統(tǒng)控制框圖如圖1所示。
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
根據(jù)系統(tǒng)所需完成的功能，設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。
利用SST89E564RC紋機(jī)及新型測(cè)溫器件設(shè)計(jì)了多點(diǎn)溫控采暖控制系統(tǒng)，根據(jù)室內(nèi)各點(diǎn)溫度設(shè)定實(shí)時(shí)控制采暖系統(tǒng)，從而提高居室的舒適性以及采暖的經(jīng)濟(jì)。溫度壓力傳感器是由溫度敏感元件和檢測(cè)線路組成的。溫度傳感器從使用的角度大致可分為接觸式和非接觸式兩大類，前者是讓溫度傳感器直接與待測(cè)物體接觸，來敏感被測(cè)物體溫度的變化，而后者是使溫度傳感器與待測(cè)物體離開一定的距離，檢測(cè)從待測(cè)物體放射出的紅外線，從而達(dá)到測(cè)溫的目的。此設(shè)計(jì)中溫度傳感器采用Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DSl8820。該傳感器支持“一線總線”接口，可方便地進(jìn)行多點(diǎn)溫度測(cè)量，還可以程序設(shè)定9～12位的分辨率，最高精度為±0.062 5℃，分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在E2PROM中，掉電后依然保存。該產(chǎn)品支持3～5.5 V的電壓范圍，因其體積小使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便
4 結(jié)論
微型計(jì)算機(jī)在智能化電器發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用，而單片機(jī)經(jīng)濟(jì)實(shí)用、開發(fā)簡(jiǎn)便，因而在工業(yè)控制、家電智能化等領(lǐng)域占據(jù)了廣泛的市場(chǎng)。這里針對(duì)目前溫度控制器現(xiàn)狀設(shè)計(jì)了一種新方案，利用單片機(jī)及新型測(cè)溫器件設(shè)計(jì)了一種多點(diǎn)溫控采暖控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠同時(shí)測(cè)量多點(diǎn)溫度，并根據(jù)溫度設(shè)定實(shí)時(shí)控制各回路通斷及壁掛爐的燃燒與停止，從而進(jìn)一步提高居室的舒適性以及采暖系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性
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作者簡(jiǎn)介
肖勤，邵陽(yáng)學(xué)院魏源國(guó)際學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生。
