本文從溫度調節系統構成入手,針對某一實例詳細分析了溫控器的原理及軟硬件方面的設計應用,希望與同行共同切磋。
溫度控制器是對溫度進行控制的電開關設備。在當今的社會中,越來越多的環境需要對溫度進行控制。隨著溫控器應用領域和范圍的日益廣泛,電
子技術的發展,特別是隨著大規模集成電路的產生,給人們的生活帶來了根本性的變化,如果說微型計算機的出現使現代的科學研究得到了質的飛躍,那么可編
程控制器的出現則是給現代工業控制測控領域帶來了一次新的革命。在現代社會中,溫度控制不僅應用在工廠生產方面,其作用也體現到了各個方面。
一、溫度調節系統構成
系統主要包括單片機控制模塊,溫度采集模塊,溫度顯示模塊,溫度上下限調整模塊,溫度調整模塊等五大部分。
二、控制器設計及應用
1、控制器功能及原理分析
以單片機為核心設計出一個溫度采集系統。設計的溫度控制器有以下功能:(1)測溫范圍:-550C-+1250C;(2)測溫分辨力≦0. 50C;(3)測溫準確度≦. 50C;(4)測溫點數:在此設計中可測4個點,也可以擴展到8點。(5)溫度顯示
:采用4個7段數碼管;(6)超溫度范圍報警。
系統的原理圖共分為七大模塊:主模塊、指示燈、加熱器啟動或停止模塊、溫度的測量模塊、鍵盤模
塊、報警模塊和電源設計模塊。如下圖2所示。
2、單片機AT89C51
AT89S51具有如下特點:40個引腳,4k Bytes Flash片內程序存儲器,
128bytes的隨機存取數據存儲器(RAM),32個外部雙向輸入/輸出(I/0)口,5個中斷優先級2層中斷嵌套中斷,2個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通
信口,看門狗((WDT)電路,片內時鐘振蕩器。
3、數字溫度傳感器DS18B20
DS18B20內部結構主要由四部分組成:64位光刻ROM,溫度
傳感器、非揮發的溫度報警觸發器TH和TL、配置寄存器。
DS18B20測溫時,低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度影響很小,用于產生固定頻率的脈沖信
號送給計數器1。高溫度系數晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變,所產生的信號作為計數器2的脈沖輸入。計數器1和溫度寄存器被預置在一55℃所對應的一個基數
值。計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數,當計數器1的預置值減到0時,溫度寄存器的值將加1,計數器1的預置將重新被裝入,計數器1重新
開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數,如此循環直到計數器2計數到0時,停止溫度寄存器值的累加,此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度。圖3中
的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性,其輸出用于修正計數器1的預置值。
4、二四譯碼器
譯碼的的含義就是把輸入的二進
制代碼的特定含義翻譯成被編碼的信息。譯碼器是以一種常見的組合邏輯電路,它的輸入代碼組合會在某一個輸出端產生特定的信號。譯碼器按照用途可分為3
類:變量譯碼器、碼制編碼器和顯示譯碼器。本系統用到了變量譯碼器。
三、鎖存、譯碼驅動芯片芯片MC 14995
該電路的特點時可用字
母A B C D E F來顯示二進制數10,11,12,13,14,15,同時.還有譯碼器輸入大于等于10時的指示端((h+I)。當輸入數據>=10時,(h+I)端輸出“1'”電平
。
四、硬件電路設計
1、主模塊
單片機控制模塊是溫度控制器的核心,它控制了溫度的采集、處理與顯示、溫度上下限值的
設定與溫度越限時加熱器的啟動與停止。
本文選用AT89C5作為控制器件。AT89C5單片機是美國ATMEL公司生產的低電壓,高性能CMOS 8位單片機,片
內含4K bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和128bytes的隨機數據存儲器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度,非易失性存儲技術生產,兼容標準 MCS-51指令系統。功能強大的AT89C51單片機可為您提供許多高性價比的應用場合,可靈活應用于各種控制領域。
2、鍵盤設定溫度模塊溫度上下限設
置模塊
溫度上下限設置模塊包括四個按鍵:
?。?)模式切換鍵:進行模式之間的切換,模式包括設置溫度上限模式、設置溫度下限模式
,每次按下該鍵就在這兩種模式之間切換。
?。?)溫度上下限增加鍵:增加溫度上下限的值。
?。?)溫度上下限減少鍵:減少溫度上下限
的值。
?。?)溫控開關鍵:是溫控與非溫控之間的切換鍵。它用于設置是否進行溫度控制即是否讓越界的溫度值觸發加熱器的啟動或停止。
3、溫度采集模塊
數字化溫度傳感器DS 1820是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且.經濟的特點,使用戶可以輕
松地組建傳感器網絡,為測量系統的構建引入全新概念。DS18B20數字化溫度傳感器測量溫度范圍為-550 C-+1250 C,在-100 C+850 C范圍內,精度為士0. 50 C。并且還可選更小的封裝方式,更寬的電壓適用范圍。
4、報警電路
路由一個三極管和蜂鳴器組成。當溫度值在設定的范圍時,單片機AT89C51的P 3. 7 h高電平引腳始終保持高電平,當所采集的溫度越限時,P3. 7口便由高電平改為低電平,使三極管導通從而發出蜂鳴聲進行報警來提醒操作人
員實施相應的措施。
5、溫度控制模塊
該溫控系統中設有兩個模塊,分別接于單片機AT89C51的P3. 6和P3. 7口,當紅燈亮時,說明所測
溫度以高于設定的溫度,系統將停止加熱器的加熱。當綠燈亮時,說明所測溫度低于設定的溫度,系統將啟動加熱器的加熱。使溫度始終保持在所設溫度中,以
實現智能化。
五、結論
整個系統的工作原理是:由AT89C51單片機控制,按預先編制的程序定時對被測信號進行采樣,并自動進行零漂
校正,最后顯示所測溫度值,同時按設定值、所測溫度值、溫度變化速率,自動進行溫度值的控制,并輸出0"1OmA控制電流,配以主回路實現溫度的控制及顯示
。
參考文獻:
[1]廖德榮《自動控制溫度的方法》北京航空航天大學出版社2006.2
[2]李軍《檢測技術及儀表》中國輕工業
出版社2008.7第二版