基于单片机的温控设计

1基于单片机的温控系统设计马亮亮（天津城建大学电子信息工程系天津，300384）摘要：文章介绍了用单片机控制的、基于数字温度传感器DS1820的温度测量和控制系统：重点阐述了DS1820的工作原理、指令系统、单片机与DS1820之间的接口、数据传递、通信协议。该系统采用单片机与数字温度传感器DS1820相结合，能够测量出-55℃-125℃之间的温度，同时还具有通过控制加热系统调节被测环境温度和对超限温度进行报警等功能。关键词:温度传感器DS1820；单片机；硬件设计；软件设计BasedonmicrocomputertemperaturecontrolsystemdesignLiangliangMa(universityoftianjinurbanconstructiondepartmentofelectronicandinformationengineeringTianjin,300384)Abstract:ThepaperintroducesthetemperaturemeasurementandcontrolsystembasedontheDS1820.TheauthoremphasizesontheworkingprincipleoftheDS1820,instructionset,datatransfer,theinterfaceandthecommunicationprotocolbetweentheDS1820andsinglechipmicrocomputer.ThesystemadoptsinglechipmicrocomputercombinedwiththeDS1820,itcanmeasuretemperaturebetween-55℃-125℃.Thesystemnotonlycanmeasurethetemperatureoftheenvironment,butalsocanalarmwhenthetemperatureisbeyondtherangofthesafetemperaturewhichisset.Keywords:DS1820;SingleChipMicrocomputer;tlardwareDesign;SoftwareDesign0引言随着生活水平的提高，人们对家居需求由面积需求变为舒适需求。地板采暖采用辐射方式供暖，符合人体生理需求曲线，如果控制系统选取得当，不仅可以提高房间舒适度，更可以使系统运行费用降低许多。如今一般是在典型位置安装一个温控装置，温控装置连接到壁挂炉，温控器根据室温和温度设定直接控制锅炉运行，2各房间不同回路由工作人员凭经验手动调节分水器球阀，改变不同回路的流量，从而达到调节各房间的室温的效果。使用这种控制方法，即使是有经验的工作人员，也难以调节得十分准确，何况各家庭成员由于年龄不同，所需舒适温度不同，需要经常对室温进行调节。1系统设计目标系统总体设计思想是以SST89E564RC单片机为控制核心，整个系统硬件部分包括温度检测部分、控制执行部分、显示及键盘系统及最小系统基本电路。系统利用单片机获得温度传感器数据并与系统设计值进行比较，根据比较结果分别控制执行系统。温度控制系统控制框图如图1所示。N图1温度控制系统控制框图2系统硬件设计根据系统所需完成的功能，设计系统硬件结构如图2所示。图2设计系统硬件结构2．1控制核心系统采用SST89E564RC单片机作为控制核心，进行温度采集、信息显示及执行机构的控制。SST89E564RC是美国SST公司推出的高可靠、小扇区结构的FLASH单片机，内部嵌入72KB的Super-FLASH，1KB的RAM，通过对其RAM做进一步扩展，可满足嵌入系统操作系统的运行条件。2．2温度传感器温度传感器采用DALLAS半导体公司的数字化温度传感器DSl8820。该传感器支持“一线总线”接口，可方便地进行多点温度测量，还可以程序设定9～12位的分辨率，最高精度为±读取时间时间表与当前控制一致获取温度与设定值比较控制装置显示信息系统初始化键盘中显示设定值设定参数返回执行控制接口P1ALEAT89S51/RD/WRRESETP08155LCD键盘30．0625℃，分辨率设定及用户设定的报警温度存储在E2PROM中，掉电后依然保存。该产品支持3～5．5V的电压范围，因其体积小使系统设计更灵活、方便。DSl8820的管脚排列如图3所示，其中DQ为数字信号输入／输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输人端。图3DSl8820DSl8820内部结构主要由4部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DSl8820的地址序列码。光刻ROM的作用是使每一个DSl8820都各不相同，这样就可以实现1根总线上挂接多个DSl8820的目的。DSl8820温度传感器的内部存储器包括9B高速暂存RAM和1B非易失性的可电擦除的E2PROM，后者存放高温度和低温度触发器TH，TL和结构寄存器，该字节第7位(TM)为0，低5位一直都是1，第6，5位(R1，R0)用来设置分辨率，如表1所示。表1DSl8820温度测量分辨率表根据DSl8820的通信协议，主机控制DSl8820完成温度转换必须经过3个步骤：每一次读写之前都要对其进行复位，复位成功后发送1条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DSl8820进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500μs，然后释放，DSl8820收到信号后等待16～60μs左右，后发出60～240μs的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。由于DSl8820采用的是单线进行控制与读取数据，因此对操作的时序要求非常严格，否则由于时序不匹配，将无法完成对器件的正确操作。2．3控制执行那分(1)壁挂炉燃烧系统控制。控制电路采用了脉冲继电器器件作为整个系统的总控部分，当所有居室温度均达4到设定值时，停止壁挂炉的工作。该继电器的特点是：当线圈收到一个脉冲信号后，线圈通电，电磁铁吸合，带动触头闭合接通需要控制的电路，当下一个信号到来后，电磁铁吸合，触头断开，切断被控制的电源，因此其具有自锁和信号遥控功能。由于磁铁的作用，控制脉冲消失后滑片位置不发生变化，保持稳定状态，所以该器件具有功耗小、具有记忆功能。(2)居室温度控制。各居室温度控制在燃烧控制系统工作前提下，根据各居室温度测量返回值，采用上海欧凯电磁阀制造有限公司生产的OK6515自保持脉冲电磁阀控制各回路的通断。脉冲电磁阀采用脉冲和永磁技术，只需通过控制器切换脉冲的电极触点来改变电磁阀的开关状态，当控制器发出电脉冲时，驱动阀芯克服永磁力产生上下移，使阀瓣到位后在永磁作用下处于自保持状态。2．4图形液晶显示模块为了能够提供形象直观的用户显示界面，系统采用图形液晶显示模块LCDl2864，其具有8位标准数据总线、6条控制线及电源线，可与CPU直接接口，显示各种字符及图形。考虑到系统中汉字的使用量少，因此选用不带汉字库的LCD。对于使用的汉字分别提取其字模并以二进制形式保存于内部FLASHROM中。3系统软件设计系统软件设计主要依据系统程序流程以及DSl8820的时序要求进行代码编写。为了降低开发难度，提高开发效率，系统开发中引入了μC／OS一Ⅱ嵌入式操作系统并移植了LCD显示驱动。另一方面，为了确保对DSl8820操作时序的精确性，对DSl8820进行初始化和读写代码仍采用汇编语言。3．1系统数据结构系统所需数据结构包括各测温元件的序列号表，汉字字模存储、系统运行时间表存储、各温控点的设定值及测量值、系统时间的存放及一些临时数据存储。为了区别多个温度传感器，在系统初始化时读入传感器中的64位序列号，并将其存入程序存储空间，以便程序运行期间进行比对，共需64B。汉字字模采用16×16字库进行提取，其中每个汉字需32B，约15个字，为了方便程序功能的升级改进，在程序存储空间中按20个字进行空间分配，需要存储空间640B。系统运行时间表的设计以小时为设置单位，需要保存24个值；为了减少时间比较过程中的数据计算量以及方便编程，对每个值采用一个字节存储，这里共需24B存储空间，这里仍然使用程序存储空间进行存储，以便在系统掉电时设定值不会丢失。3．2系统程序设计系统程序设计主要使用KeilC5l进行编写，但由于对DSl8820器件的读写时序要求比较严格，故采用汇编代码，其中温度读取子程序主要代码如下：54结语微型计算机在智能化电器发展中起着至关重要的作用，而单片机经济实用、开发简便，因而在工业控制、家电智能化等领域占据了广泛的市场。这里针对目前温度控制器现状设计了一种新方案，利用单片机及新型测温器件设计了一种多点温控采暖控制系统，该系统能够同时测量多点温度，并根据温度设定实时控制各回路通断及壁挂炉的燃烧与停止，从而进一步提高居室的舒适性以及采暖系统的经济性。5致谢感谢指导老师潘玉恒，在老师严格认真的指导下，我得以能够完善该论文。感谢老师潘老师和其他老师，是你们让我能够静静地坐下来，在知识的海洋里吸取更多的营养，从而能够为自己进一步地加油充电。通过论文的撰写，使我能够更系统、全面地学习有关财务管理新型的、先进的前沿理论知识，并得以借鉴众多专家学者的宝贵经验，这对于我今后的工作和我为之服务的企业，无疑是不可多得的宝贵财富。由于本理论水平比较有限，论文中的有些观点以及对企业示例的归纳和阐述难免有疏漏和不足的地方，欢迎老师和专家们指正。参考文献[1]张毅刚，MCS-51单片机应用设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990.[2]张毅刚，MCS-51单片机应用设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997.[3]张毅刚，单片微机原理及应用.西安：西安电子科技大学出版社，1994.[4]张毅刚，8098单片机应用设计.北京：电子工业出版社，1993.[5]周航慈.单片机应用程序设计技术.北京：北京航空航天大学出版社，2002.11[6]孙涵芳.单片机原理及应用（修订版）.北京：北京航空航天大学出版社，1996年[7]何立民.MCS-51单片机应用系统设计.北京：北京航空航天大学出版社，1990.