PDF《基于 51单片机的多点温度控制系统设计》

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5 1 单片机的多点温度控制系统设计 基于

5 1 单片机的多点温度控制系统设计 奚建荣(渭南师范学 院 陕西 渭南

7 1

4 0

0 0 ) 摘要:针对目前壁挂 炉采 暖中温度控制不准确的现状 , 以单片机 为控 制 中心 , 采用 D a l l a s 公 司的 一线 总线 数字化 温 度传感 器DS18B20以及脉冲控 制器件 , 设计一款多点测 温及温度控制 系统 ;

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 适性及采暖系统 的经济性.

关键词:51单 片机 ;

D S

1 8 B

2 0 ;

多点温度 检测;

温度 控制系统 中图分类号 : TP

2 7

4 文献标识码 : B 文章编号 :

1 0

0 4 ―3

7 3 X(

2 O O

9 )

0 2―

1 8 6―

0 3 M u l t i ― ― p o i nt Te m p e r a t u r e Co nt r o l S y s t e m Ba s e d o n

5 1 S i n g l e Ch i p Co mpu t e r XI J i a n r o n g ( W e i na n Te a c h e r s Uni v e r s i t y, W e i n a n,

71 40 00, Chi na ) Abs t r a ct : A mu l t i ― p o i n t t e mp e r a t ur e c o nt r ol s y s t e m b a s e d o n M CS 一5

1 s i n gl e c hi p c o m p ut e r i s d e s i gn e d t O s ol v e t he i na c c ur a t e pr obl e m o f c ur r e nt t e mp e r a t u r e c o nt r o l s y s t e m.Us i ng DS1

8 B2 0, 1一W i r e di gi t a l t he r mome t e r , a nd t he c ompo ne nt c ont r o l l e d by e l e c t r i c pu l s e .Ac c or di n g t O t h e t e mp e r a t u r e s g o t f r om mul t i ― p oi nt t e mpe r a t ur e s e n s o r, i t c a n c o nt r ol h e a t i ng wa t e r c i r c ui t a nd t he bu r n i n g o r s hu t t i ng o f t h e s t o v e .I t mak e s t he r o om mor e c o mf or t a bl e a nd e nha n c e s t he e f f i c i e n c y of t he h e a t i n g s y s t e m . Key wor d s: s i n gl e c hi p c ompu t e r ;

DS1

8 B2 0;

mul t i ―p oi nt t e mp e r a t u r e me a s ur e me n t;

t e mpe r a t ur e c o nt r ol s y s t e m 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 , 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 . 针对以上 问题 , 利用SST89E564RC单片 机及 新型测温器 件设 计 了多点 温控采 暖控 制系统 , 根据 室 内各点 温度设 定实 时控制 采 暖系统 , 从而 提高居 室 的舒 适性 以及采暖的经 济性 .

1 系统 设计 目标 系统 总体 设计思想是以SST8

9 E

5 6

4 R C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 收稿 日期 :

2 0

0 8―0

4 ―2

8 基金项 目: 渭南师范学院科研基金项 目(

0 7 YKZ

0 5

7 )

1 86 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 . 图1系统 控制流程 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2N示 .

2 .

1 控制核心系统采用 S S T8

9 E

5 6

4 R C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 翠罱2009年 第 2期 第289型元结构的FLAS H 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.OOOP, A L E O O P O O O A T8

9 S 5l ― RD O w R _ _ 一RES E T 器P3 ;

个图2多点温控 系统原理 图2.2温度 传 感器 温度传 感器 采用 Da l l a s半导 体公司的数 字化温度 传感 器DS

1 8 B

2 0 .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9~1 2位的分辨 率,最高精 度为±0.0625℃ , 分辨率设定及用户设定的报警 温度存 储在 E P R OM 中, 掉 电后依 然保 存.该产品支持

3 ~5 .

5 V 的 电压范 围,因其体 积小使系统 设 计更灵 活、方便 .D S

1 8 B

2 0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 入端 . 匐DQ[====母眭啊vDD匕===l图3DS18B20管 脚DS18B20内部 结构主要 由 4部 分 组成 :

6 4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 R 0M 中的64位 序列号是出厂 前被光刻好的,它可以看作是该DS

1 8 B

2 0的地址序列码.光 刻R0M 的作 用是使 每一 个DS18B20都各不 相同,这样 就可以实 现1根总线 上挂接 多个 DS

1 8 B

2 0的 目的. D S

1 8 B

2 0温度传感器的内部存储器包括

9 B高速 暂存RAM 和1B非易 失性 的可 电擦除 的EPROM , 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 ( R , R . ) 用 来设 置分 辨率 , 如表 1所示 . 根据 D S

1 8 B

2 0的通 信协 议,主机 控制 D S

1 8 B

2 0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DS

1 8 B

2 0进行预定的操 作.复位要 求主CPU将数 据线 下拉500s,然后 释放,DS

1 8 B

2 0收到信号后等待16~60s左 右,后发出60~2

4 0 g s 的存 在低脉冲,主CPU收到此信 号表示复位成功 . 由于 DS

1 8 B

2 0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. 表1DS18B20温 度测分辨率表2.3控制执行部分(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 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OK6

5 1 5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LCD1

2 8

6 4 , 其具有8位标 准数据总 线、6条控 制线 及电源线 , 可与 C P U 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 F L AS HROM 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DS

1 8 B

2 0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~C/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 DS

1 8 B

2 0操作 时序 的 精确 性,对DS

1 8 B

2 0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】87奚建荣 : 基于

5 1单片机的多点温度控制系统设计 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, 在系统初始化时读人传 感器中的

6 4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*l

6 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 空问进行 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Ke i l C

5 1进行 编写 , 但 由于 对DS18B20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 : GET― T EM : … M OV D PTR , DS _ T AB I E ;

指 向器件序号表入 口I.OO P: MO V R

7 ,

7 ;

逐 个读 取温度M0V A, #0

5 5 H ;

ROM 匹配 L CALI W RI TE l _ S E RI AI LCALL DEI AY MOV A, #4

4 H ;

发 出温度转换命令 L CAI L W RI TE _1

8 2

0 L C AL I D E I AY ;

延时

7 5

0 s (

1 2 位) LCALL I NI T_ I

8 2

0 ;

准备读温度前先复位 LCALL DEI AY I CA LI W RI T E一1820 MO V A, #0 B E H ;

发 出读温度命 令LCA LL W RI T E一182

0 LCA I I READ_

1 8

2 0

0 ;

保存读 出的温度数据 DT NZ R7, L00P CLR P1 .

4 RET

4 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.参考文献[1]胡学海. 单 片机原理 及应用 系统设 计[ M] . 北京:电子工 业 出版社 ,

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1 8 B

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