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1、基于 51 单片机的多点温度控制系统设计摘 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 Dalias公司的“一线总线”数字化温度传感器 DSl8820 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。 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，
2、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 SST89E564RC 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
3、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。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 2 所示。2 1 控制核心系统采用 SST89E564RC 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、小扇区结构的 FLASH 单片机，内部嵌入 72 KB 的Super-Flash，1 KB 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。2 2 温度传感器温度传感器采用 Dallas 半导体公司的数
4、字化温度传感器 DSl8820。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 912 位的分辨率，最高精度为0062 5，分辨率设定及用户设定的报警温度存储在 E2PROM 中，掉电后依然保存。该产品支持 355 V 的电压范围，因其体积小使系统设计更灵活、方便。DSl8820 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。DSl8820 内部结构主要由 4 部分组成：64 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 ROM 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，
5、它可以看作是该 DSl8820 的地址序列码。光刻ROM 的作用是使每一个 DSl8820 都各不相同，这样就可以实现 1 根总线上挂接多个 DSl8820 的目的。DSl8820 温度传感器的内部 存储器包括 9 B 高速暂存 RAM 和 1 B 非易失性的可电擦除的 E2PROM，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(R1 ，R0)用来设置分辨率，如表 1 所示。根据 DSl8820 的通信协议，主机控制 DSl8820 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
6、1 条 ROM 指令，最后发送 RAM 指令，这样才能对 DSl8820 进行预定的操作。复位要求主 CPU 将数据线下拉 500s，然后释放，DSl8820 收到信号后等待 1660s 左右，后发出 60240s 的存在低脉冲，主 CPU 收到此信号表示复位成功。由于 DSl8820 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。2 3 控制执行那分(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
7、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 OK6515 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
8、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 LCDl2864，其具有 8 位标准数据总线、6 条控制线及 电源线，可与 CPU 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 FLASHROM 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 DSl8820 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 COS 一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 DSl8820 操作时序的精确性，对 DSl8820 进行初
9、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，在系统初始化时读入传感器中的 64 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 64 B。汉字字模采用 1616 字库进行提取，其中每个汉字需 32 B，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 640 B。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
10、编程，对每个值采用一个字节存储，这里共需 24 B 存储空间，这里仍然使用程序存储空间进行存储，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 KeilC5l 进行编写，但由于对 DSl8820 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：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。杨凌职业技术学院学报 2011 年 01 期 加入收藏 获取最新
