李偉龍

( 西北民族大學(xué) 電氣工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730030)

1 引言

溫度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，如家電、汽車(chē)、材料、電力電子等。在工業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類(lèi)加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。采用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量［1］。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

以AT89S51 單片機(jī)為核心，通過(guò)設(shè)置按鍵，設(shè)定恒溫運(yùn)行時(shí)的溫度值并且用LCD 液晶顯示這個(gè)溫度值［2］。然后，溫度傳感器DS18B20 從設(shè)備環(huán)境的不同位置采集溫度，單片機(jī)AT89S51 獲取采集的溫度值，經(jīng)處理后得到當(dāng)前環(huán)境中一個(gè)比較穩(wěn)定的溫度值［3］，并用LCD1602 液晶顯示實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)。再根據(jù)當(dāng)前設(shè)定的溫度上下限值，通過(guò)加熱和降溫對(duì)當(dāng)前溫度進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后超過(guò)設(shè)定溫度的上限時(shí)，單片機(jī)通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)繼電器開(kāi)啟降溫設(shè)備(壓縮制冷器)，當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后低于設(shè)定溫度的下時(shí)，單片機(jī)通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)繼電器開(kāi)啟升溫設(shè)備(加熱器)［4］。其系統(tǒng)的框圖如下圖所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總框圖

3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 主控電路

AT89S51 作為溫度測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心器件。該器件是INTEL 公司生產(chǎn)的MCS－51 系列單片機(jī)中的基礎(chǔ)產(chǎn)品，采用了可靠的CMOS 工藝制造技術(shù)，具有高性能的8 位單片機(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS－51 的CMOS 產(chǎn)品［5］。不僅結(jié)合了HMOS 的高速和高密度技術(shù)及CHMOS 的低功耗特征，而且繼承和擴(kuò)展了MCS 一48 單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。

圖2 51 單片機(jī)最新系統(tǒng)

AT89S51 具有MCS－51 系列單片機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)。128 ×8位內(nèi)部RAM，32 位雙向輸入輸出線，兩個(gè)十六位定時(shí)器/計(jì)時(shí)器，6 個(gè)中斷源，兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)，兩個(gè)全雙工異步串行口及時(shí)鐘發(fā)生器等。

3.2 溫度傳感器

DS18B20 數(shù)字溫度傳感器是DALLAS 公司生產(chǎn)的1－Wire，即單總線器件，具有線路簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)［6］。因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。其原理圖如圖3。

圖3 DS18B20 內(nèi)部原理圖

使用寄生電源時(shí)，DS18B20 不需額外的供電電源;當(dāng)總線為高電平時(shí)，功率由單總線上的上拉電阻通過(guò)DQ 引腳提供;高電平總線信號(hào)同時(shí)也向內(nèi)部電容CPP 充電，CPP 在總線低電平時(shí)為器件供電。

采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，因其內(nèi)部集成了A/D 轉(zhuǎn)換器，使得電路結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，而且減少了溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換時(shí)的精度損失，使得測(cè)量溫度更加精確。數(shù)字溫度傳感器DS18B20 只用一個(gè)引腳即可與單片機(jī)進(jìn)行通信，大大減少了接線的麻煩。

3.3 顯示電路

采用1602LCD 液晶顯示，其中LCD 液晶顯示是利用液晶的物理特性，通過(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制有電就有顯示這樣即可以顯示出圖形［7］。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA 移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域。其接口電路如圖4。

圖4 LCD 接口電路

字符型液晶顯示器模塊組件內(nèi)部主要有LCD 顯示屏、控制器、驅(qū)動(dòng)器和偏壓產(chǎn)生電路組成。其控制器主要由指令寄存器IR、數(shù)據(jù)寄存器DR、忙識(shí)別位BF、地址計(jì)數(shù)器AC、DDRAM、CGROM、CGRAM 及時(shí)序發(fā)生電路組成。

4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求而設(shè)計(jì)的，能可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。本系統(tǒng)的軟件包括以下幾個(gè)程序模塊:初始化程序;鍵盤(pán)掃描程序與處理程序;DS18B20 控制程序;LCD 液晶顯示程序;執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)程序。主程序流圖如圖5。

圖5 主程序流程圖

系統(tǒng)通過(guò)得到按鍵的值來(lái)確定設(shè)定溫度的上下限值，啟動(dòng)DS18B20 傳感器得到實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)，然后將其與設(shè)定值進(jìn)行比較同時(shí)給顯示模塊顯示，根據(jù)得到的偏差信號(hào)發(fā)出驅(qū)動(dòng)控制指令，啟動(dòng)升降溫設(shè)備對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使溫度值能夠在保持在設(shè)定值范圍內(nèi)，達(dá)到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。其中LCD顯示部分程序:

LCDSET1:

MOV A，#01H;清除屏幕

ACALL LCD_CMD

ACALL DELAY5MS

MOV A，#06H;移動(dòng)光標(biāo)(光標(biāo)加1)

ACALL LCD_CMD

ACALL DELAY5MS

MOV A，#80H;顯示第一行左邊第一位位置

ACALL LCD_CMD

ACALL DELAY5MS

RET

LCDSET2:

MOV A，#01H;清除屏幕

ACALL LCD_CMD

ACALL DELAY5MS

MOV A，#06H;移動(dòng)光標(biāo)(光標(biāo)減1)

ACALL LCD_CMD ACALL DELAY5MS

MOV A，#80H;顯示第一行右邊第一位位置

ACALL LCD_CMD

ACALL DELAY5MS

RET

5 結(jié)論

通過(guò)程序的控制與硬件電路的實(shí)現(xiàn)，最終能夠完成設(shè)計(jì)的要求。根據(jù)DS18B20 檢測(cè)到的溫度信息，經(jīng)單片機(jī)處理后，輸出控制信號(hào)能夠?qū)崿F(xiàn)溫度系統(tǒng)控制與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的顯示。本系統(tǒng)具有體積小、讀數(shù)方便、精度高、測(cè)溫范圍廣的特點(diǎn)。

［1］高吉祥，全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)系列教程［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2007

［2］曹巧媛，單片機(jī)原理及應(yīng)用( 第二版) ［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2002

［3］金發(fā)慶，傳感器技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002

［4］童詩(shī)白，模擬電路技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京:高等教育出版社，2000.

［5］李葉紫，MCS－51 單片機(jī)應(yīng)用教程［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2004

［6］王家楨，傳感器與變送器［M］.北京: 清華大學(xué)出版社，1996.

［7］康華光.，電子技術(shù)基礎(chǔ)—數(shù)字部分［M］.北京: 高等教育出版社，2008.