奚建榮

摘 要：針對(duì)目前壁掛爐采暖中溫度控制不準(zhǔn)確的現(xiàn)狀，以單片機(jī)為控制中心，采用Dallas公司的“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器DS18B20以及脈沖控制器件，設(shè)計(jì)一款多點(diǎn)測(cè)溫及溫度控制系統(tǒng)；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及采暖系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

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)。

2.4 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LCD12864，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?？紤]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。

3 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DS18B20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－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)DS18B20操作時(shí)序的精確性，對(duì)DS18B20進(jìn)行初始化和讀寫代碼仍采用匯編語言。

3.1 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。

3.2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)主要使用KeilC51進(jìn)行編寫，但由于對(duì)DS18B20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：

GET_TEM:…

MOV DPTR,DS_TABLE ；指向器件序號(hào)表入口

LOOP: MOV R7,7；逐個(gè)讀取溫度

MOVA,#055H ；ROM匹配

LCALL WRITE_SERIAL

LCALLDELAY

MOV A,#44H ；發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令

LCALL WRITE_1820

LCALL DELAY ；延時(shí)750 μs（12位）

LCALL INIT_1820 ；準(zhǔn)備讀溫度前先復(fù)位

LCALLDELAY

LCALLWRITE_1820

MOV A,#0BEH ；發(fā)出讀溫度命令

LCALL WRITE_1820

LCALL READ_18200；保存讀出的溫度數(shù)據(jù)

DJNZ R7,LOOP

CLR P1.4

RET

4 結(jié) 語

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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