【正文】 PU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。智能溫度傳感器能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU），并且可通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能，即智能化取決于軟件的開(kāi)發(fā)水平。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，溫度傳感器的種類日益繁多，數(shù)字溫度傳感器更因適用于各種微處理器接口組成的自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)具有可以克服模擬傳感器與微處理器接口時(shí)需要信號(hào)調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換器的弊端等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、電子測(cè)溫計(jì)、醫(yī)療儀器等各種溫度控制系統(tǒng)中。其中，比較有代表性的數(shù)字溫度傳感器有DS18BMAX657DS172MAX6635等。相比較而言，傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)以熱敏電阻為溫度敏感元件，熱敏電阻成本低，但需要后續(xù)信號(hào)處理電路，而且熱敏電阻的可靠性相對(duì)較差，測(cè)量溫度的準(zhǔn)確度低，檢測(cè)系統(tǒng)的精度差。數(shù)字式溫度傳感器的種類也不少，并且在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中具有上述諸多優(yōu)點(diǎn)。2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 方案論證方案一：本課題的初步設(shè)計(jì)方案是通過(guò)控制調(diào)功電路的導(dǎo)通比，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)被調(diào)對(duì)象的控制，由圖1可見(jiàn)，負(fù)載是加熱器件，而過(guò)零觸發(fā)電路是由鋸齒波發(fā)生，信號(hào)綜合，直流開(kāi)關(guān)，同步電壓與過(guò)零脈沖輸出5個(gè)環(huán)節(jié)組成。如下圖所示: 方案一電路圖 ，該方案的工作原理簡(jiǎn)述如下：（1） 鋸齒波是由單結(jié)晶體管BT和R1，R2，R3，W1和C1組成的張馳震蕩產(chǎn)生，然后經(jīng)射極跟隨器VR4輸出。（2） 控制電壓（Uk）與鋸齒波電壓進(jìn)行電流疊加后送到V2的基極，合成電壓為Us，當(dāng)Us0（）時(shí)V2導(dǎo)通，Us0，則V2截止。（3） 由VV3以及RRDW1組成一直流開(kāi)關(guān)，當(dāng)V2基極電壓Ube20()，V2導(dǎo)通，Ube3接近零電位，V3截止，直流開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。輸出24V直流電壓。（4） 過(guò)零脈沖的輸出，由同步變壓器TB，整流橋D1及R10，R11組成一削波同步電源，這個(gè)電源與直流開(kāi)關(guān)的輸出電壓共同去控制V4與V5。只有當(dāng)直流開(kāi)關(guān)導(dǎo)通期間，V4截止，VV5基電極和發(fā)射極之間才有工作電壓，才能工作在期間，同步電壓每次過(guò)零時(shí)，V4截止，其集電極輸出正電壓，使V5由截止轉(zhuǎn)導(dǎo)通，經(jīng)脈沖變壓器輸出觸發(fā)脈沖而此脈沖使晶閘管T在需要導(dǎo)通的時(shí)刻導(dǎo)通。在直流開(kāi)關(guān)導(dǎo)通期間使出連續(xù)的正弦波控制電壓Uk的大小決定了直流開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間的長(zhǎng)短，也就決定了在設(shè)定周期內(nèi)導(dǎo)通的周波數(shù)，從而可輸出功率的調(diào)節(jié)。顯然，控制電壓Uk越大，則導(dǎo)通的周波數(shù)就越多，輸出的功率也就越大，電阻爐的溫度也就越高，反之，電阻爐的溫度就越低。閉環(huán)控制自動(dòng)調(diào)溫的基本指導(dǎo)思想是在系統(tǒng)中增設(shè)溫度傳感器和溫度調(diào)節(jié)器，溫度傳感器的基本功能是檢測(cè)電爐的實(shí)際溫度，并變換成電壓訊號(hào)和爐溫控制電壓Uk進(jìn)行比較，根據(jù)兩者差值的大?。é=UkUft）和變化方向（即△e為正還是為負(fù)），通過(guò)調(diào)節(jié)器進(jìn)行相反方向的調(diào)節(jié)，使調(diào)節(jié)器的輸出控制直流開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間的長(zhǎng)短，從而使設(shè)定周期內(nèi)晶閘管的導(dǎo)通周波數(shù)增大或者減小，相應(yīng)的電爐溫度升高一點(diǎn)或者減小一點(diǎn)。采取這種控制方式，可以使?fàn)t溫在較小的范圍內(nèi)變化，控制精度高。方案二：為了使得電路的簡(jiǎn)單化，采用單片機(jī)作為控制核心來(lái)設(shè)計(jì)本課題，溫度信號(hào)采集使用溫度傳感器DS18B20，溫度控制的基本思想為：通過(guò)采集到的溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度之間的差值來(lái)控制加熱電阻絲的通電時(shí)間長(zhǎng)短，從而起到恒溫控制的目的。方案二的設(shè)計(jì)框圖如下圖所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)溫度采集按鍵電路電源顯示電路溫控電路圖 方案二設(shè)計(jì)框圖本方案采用單片機(jī)作為控制核心，使用溫度傳感器進(jìn)行溫度采集，通過(guò)將采集到的溫度與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定溫度之間的差值進(jìn)行溫度控制，從而使得溫度維持在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定溫度。本方案設(shè)計(jì)成本低，具有具有較高的可靠性，對(duì)于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能與穩(wěn)定要求不是很高的場(chǎng)合非常的合適。 系統(tǒng)功能介紹本設(shè)計(jì)是對(duì)房間溫度進(jìn)行檢測(cè)與控制，設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基本的溫度控制功能：當(dāng)溫度低于設(shè)定的溫度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)通過(guò)PWM啟動(dòng)加熱裝置，使溫度上升。當(dāng)溫度高于設(shè)定的溫度時(shí)，停止加熱。三位數(shù)碼管及時(shí)顯示溫度，精確到小數(shù)點(diǎn)后一位。本文設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)具有如下功能：（1）通過(guò)溫度芯片DS18B20采集溫度，并以數(shù)字信號(hào)的方式傳送給單片機(jī)。（2）四位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示房間溫度。（3）三個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)溫度的設(shè)定。（4）利用PWM實(shí)現(xiàn)溫度的控制。3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 此方案以AT89C51為核心，通過(guò)DS18B20檢測(cè)房間溫度，將信號(hào)傳輸至單片機(jī)，用四位LED數(shù)碼管顯示溫度，同時(shí)通過(guò)將檢測(cè)的溫度與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定溫度的偏差來(lái)控制電阻絲通斷時(shí)間的長(zhǎng)短，從而達(dá)到恒溫控制的目的。 DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器，與其它溫度傳感器相比，DS18B20具有以下特性：獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感器元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。溫度范圍－55℃～＋125℃，固有測(cè)溫分辨率177。℃；測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC效驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力；測(cè)量結(jié)果以9位數(shù)字量方式串行傳送。DS18B20雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題：（1）系統(tǒng)的硬件雖然簡(jiǎn)單但需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。（2）在DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問(wèn)題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS18B20超過(guò)8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。(3)連接DS18B20的總線電纜有長(zhǎng)度限制。由于信號(hào)電纜本身存在電阻，距離過(guò)長(zhǎng)時(shí)將導(dǎo)致信號(hào)衰減。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過(guò)50m時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá)150m。DS18B20有PR35和SOIC兩種封裝形式。本系統(tǒng)選用PR35封裝形式。DS18B20返回溫度值雖然只有9位。管腳管腳定義說(shuō)明8腳SOIC 3腳PR352 1GND地1 2I|O數(shù)據(jù)輸入端8 3VCC電源3 4 5 6 7NC空腳 DS18B20管腳排列 DS18B20溫度值表示方法D9為符號(hào)位，0表示正，1表示負(fù)，高字節(jié)的其他位（D10～D15）是以符號(hào)位的擴(kuò)展位表示的；D0～D8為數(shù)據(jù)位，以二進(jìn)制補(bǔ)碼表示。溫度是以1/2℃LSB形式表示的。溫度數(shù)據(jù)（二進(jìn)制）數(shù)據(jù)（十六進(jìn)制）+1250000 0000 1111 101000FAH+250000 0000 0011 00100032H+0000 0000 0000 00010001H00000 0000 0000 00000000H+1111 1111 1111 1111FFFFH251111 1111 1100 1110FFCEH551111 1111 1001 0010FF92H DS18B20數(shù)值和溫度的關(guān)系因房間環(huán)境溫度不能出現(xiàn)負(fù)溫情況，因此本系統(tǒng)不考慮負(fù)溫情況，這樣，在硬件選取上可以考慮選用商業(yè)級(jí)器件，不必要選用工業(yè)級(jí)器件，可以大幅度降低成本。因此單片機(jī)讀取溫度信息后，只需將低字節(jié)（D0～D8）送入上位機(jī)和控制電路即可。 LED顯示接口電設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)選用的是四位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示房間溫度。： AT89C51單片機(jī)單片機(jī)選用ATMEL公司的可在線編程的AT89C51，用于溫度采集及數(shù)據(jù)通訊。AT89C51 是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89C51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。AT89C51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。AT89C51有3個(gè)并行I/O端口，P0:～、～、～。P0端口在沒(méi)有片內(nèi)存儲(chǔ)器時(shí)，可以作為普通I/O口使用，外接存儲(chǔ)器時(shí)作為地址線/數(shù)據(jù)線使用。P1端口可以作為普通I/O口使用，、～。P2端口在沒(méi)有片外存儲(chǔ)器時(shí)，可以作為普通I/O口使用，外接存儲(chǔ)器時(shí)作為高8位地址使用。引腳特殊功能T2: 定時(shí)器|計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)器輸入T2EX: 定時(shí)器|計(jì)數(shù)器2的捕捉|重載觸發(fā)及方向控制MOSI: 用于在線編程（ISP）MOSI: 用于在線編程（ISP）SCK: 用于在線編程（ISP） AT89C51 P1端口的特殊功能引腳特殊功能RXD (串行口輸入)TXD (串行口輸入)INT0 (外部中斷輸入0)INT1 (外部中斷輸入1)T0（定時(shí)器0外部輸入）T1（定時(shí)器1外部輸入）WR （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫控制）RD （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀控制） AT89C51 P3端口的特殊功能單片機(jī)在本房間溫度監(jiān)控系統(tǒng)中主要用于通訊及溫度采集。P0口用于溫度顯示接口的設(shè)計(jì)。單片機(jī)與控制電路共用一個(gè)外部時(shí)鐘，采用片內(nèi)存儲(chǔ)器，設(shè)有上電復(fù)位功能。：