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1、摘 要在自动控制领域中，温度检测与控制占有很重要地位。温度测控系统在工农业生产、科学研究和在人们的生活领域，也得到了广泛应用。因此，温度传感器的应用数量居各种传感器之首。目前，温度传感器正从模拟式向数字集成式方向飞速发展。本论文概述了温控器的发展及基本原理，介绍了温度传感器的原理及特性。分析了各种温度传感器的优劣。在此基础上描述了系统研制的理论基础，温度采集等部分的电路设计，并对测温系统的一些主要参数进行了讨论。同时在介绍温度控制系统功能的基础上，提出了系统的总体构成。针对测温系统温度采集、接收、处理、显示部分的总体设计方案进行了论证，进一步介绍了单片机在系统中的应用，分析了系统各部分的硬件及
2、软件实现。利用Proteus7.1进行了可行性的仿真，利用Protel 2004进行了电路原理图的绘制，和PCB的制作。试验证明，这套温度控制器具有较强的可操作性，很好的可拓展性，控制简单方便。本文详细介绍了一种以单片机89C52为核心的空调温度控制系统。空调温度控制系统的设计原理以达到更优的系统性能为目的，由单片机完成数据的采集，处理，显示。该系统以在普通环境下测量到的温度值为确定条件，利用单片机控制空调制冷和制暖来达到所需温度。课题初步计划是在普通环境下的测温，系统的设计及器件的选择也正是在这个基础上进行的。关键词：DS18B20 单片机 温度控制 LED显示1 前言现代信息技术的三大基础
3、是信息采集控制(即温度控制器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。温度控制器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度控制器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量日渐上升。近百年来,温控器的发展大致经历了以下两个阶段：(1)模拟，集成温度控制器；(2)智能数码温控器。目前,国际上新型温控器正从模拟式向数字式，由集成化向智能化，网络化的方向发展。温度控制器是一种温度控制装置，它根据用户所需温度与设定温度之差值来控制中央空调末端之水阀（风阀）及风机，从而达到改变用户所需温度的目的。实现以上目的的方法理论上有很多，但目前业界主要有机械式温度控制器及智能电子式两大系列。 普通风机
4、盘管空调温控器基本上是一个独立的闭环温度调节系统，主要由温度传感器、双位控制器、温度设定机构、手动三速开关和冷热切换装置组成。其控制原理是空调温控器根据温度传感器测得的室温与设定值的比较结果发生双位控制信号，控制冷热水循环管路电动水阀（两通阀或三通阀）的开关，即用切断和打开盘管内水流循环的方式，调节送风温度（供冷量）。 第一代空调温控器主要是电气式产品，空调温控器的温度传感器采用双金属片或气动温包，通过“给定温度盘”调整预紧力来设定温度，风机三速开关和季节转换开关为泼档式机械开关。这类空调温控器产品普遍存在“温度设定分度值过粗”、“时间常数太大”、“机械开关易损坏”等问题。 第二代空调温控器为
5、电子式产品，温度传感器采用热敏电阻或热电阻，部分产品的温度设定和风速开关通过触摸键和液晶显示屏实现人机交互界面，冷热切换自动完成，运算放大电路和开关电路实现双位调节。这类智能空调温控器产品改善了人机交互界面，解决了“温度设定分度值过粗”等问题，但仍存在“控制精度不高”、“时间常数大”、“操作较复杂”等问题。 目前国内外生产厂家正在研究开发第三代智能型室温空调温控器，应用新型控制模型和数控芯片实现智能控制。现在已有国内厂家生产出了智能型室温空调温控器，并已应用于实际工程。2 系统方案的确定2.1 温度传感器产品分类与选择温度是日常生活中经常遇到的一个物理量，它也是科研和生产中最常见、最基本的产量
6、之一。在很多场合都需要对温度进行测控，而温度测控离不开温度传感器，因此，掌握正确的测温方法及温度传感器的使用方法极为重要。2.1.1 常用的测温方法 物体受热后温度就要升高，任何两个温度不同的物体相接触都必然产生热交换，直到两者的温度达到平衡为止。据此，可以选择某种温度传感器与被测物体接触进行温度测量，这种方法称为接触式测温。接触式测温常用于较低温度的测量。此外，物体受热后温度升高的同时还伴有热辐射，因此，可利用温度传感器接收被测物体在不同温度下辐射能量的不同来测量温度，这种测温方法称为非接触式测温。非接触式测温常用于高温测量。2.1.2 温度传感器产品分类目前，温度传感器没有统一的分类方法。
7、按输出量分类有模拟式温度传感器和数字式温度传感器。按测温方式分类有接触式温度传感器和非接触式温度传感器。按类型分类有分立式温度传感器（含敏感元件）、模拟集成式温度传感器和智能温度传感器（即数字温度传感器）。模拟式温度传感器输出的是随温度变化的模拟量信号。其特点是输出响应速度较快和MPU（微处理器）接口较复杂。数字式温度传感器输出的是随温度变化的数字量，同模拟输出相比，它输出响应较慢，但容易与MPU接口。下面对工程中常用的温度传感器做简单介绍。1.热敏电阻式温度传感器电阻式温度传感器分为热电阻式温度传感器和热敏电阻温度传感器，他们的特点是自身的电阻值随温度而变化。热敏电阻式利用半导体材料制成的敏
8、感组件，通常所用的热敏电阻温度传感器都是具有负温度系数的热敏电阻，它的电阻率受温度的影响很大，而且随温度的升高而减少，简称NTC。其优点是灵敏度高，体积小，寿命长，工作稳定，易于实现远距离；缺点是互换性差，非线性严重。 2.热电阻式温度传感器利用热电阻温度系数随温度变化的特性而制成的温度传感器。称为热电阻温度传感器。对于大多数金属导体，其电阻值都具有随温度升高而增大的特性。由于纯金属的温度系数比合金的高，因此均采用纯金属作为热电阻组件。常用的金属导体材料有铂、铜、铁和镍。 3.热电偶式温度传感器 热电偶是一种传统的温度传感器，其测温范围一般为-50到+1600，最高可达+2800，并且有较高的
9、测量精度。另外，热电偶产品已实现标准化、系列化，使用时易于选择，可方便地用计算机做线性补偿，因此，至今在测温领域内仍被广泛使用。它的理论基础是建立在热电效应上，将热能转化为电能。 4.模拟集成温度传感器 集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的。它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC，它属于最简单的一种集成温度传感器。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准。外围
10、电路简单，它是目前在国内外应用较为普遍的一种集成传感器。 5.智能温度传感器 智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。智能温度传感器是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶，它也是集成温度传感器领域中最具活力和发展前途的一种新产品。目前，行许多著名的集成电路生产已开发出上百种智能温度传感器产品。 智能温度传感器具有以下三个显著特点：第一，能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU）；第二，能以最简方式构成高性价比、多功能的智能化温度测控系统；第三，它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。智能温度传感器内部都
11、包含温度传感器、A/D传感器、存储器（或寄存器）和接口电路。有的产品还带多路控制器、中央控制器（CPU）、随机存取储存器（RAM）和只读存储器（ROM）。2.1.3 温度传感器的选择在介绍温度传感器的选择原则之前，首先介绍在测控系统中选择传感器的总原则，本原则适用于各种传感器的选择。1.选择传感器的总原则现代传感器在原理和结构上千差万别，如何根据具体的测控目的、测控对象以及测控环境合理地选择传感器，是单片机测控系统首先要解决的温度。当传感器选定之后，与之相配套的测控电路也就可以确定了。测控结果的成败，在很大程度取决于传感器的选择是否合理。作为单片机测控系统前向通道的关键部件，在选择传感器时应考
12、虑一下几个方面：（1）根据测控对象与测控环境确定传感器的类型首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选择，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量对象的特点和传感器的使用条件综合考虑一下一些具体问题：1）传感器的量程；2）被测位置对传感器体积的要求；3）测量方式为接触式还是非接触式；4）传感器信号的引出是有线还是无线；5）是购买传感器还是自行研制传感器以及价格因素等。 在综合考虑上述因素之后就能确定选择何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。（2）灵敏度的选择通常情况下，在传感器的线性范围内，希望传感
13、器的灵敏度越高越好。（3）频率响应特性 传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，传感器的频率响应好，可测的信号频率范围就宽，传感器的输出信号必须在允许的频率范围内保持不失真，实际上传感器的响应总有一定得延迟，希望延迟时间越来越好。（4）线性范围 传感器的线形范围是指输出信号与输入量成正比的范围。从理论上讲，在此范围内灵敏度应保持定值。传感器的线性范围越宽，其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定之后首先要看其量程是否满足要求。（5）稳定性 传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用
14、环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。（6）精度的选择精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测控系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要能满足整个测控系统的精度要求就可以了，不必选得太高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。2.温度传感器的选择温度传感器技术被广泛应用于消费类电子产品、玩具、家用电子产品、工业测控系统以及个人计算机应用中。传统上分立式温度传感器是最常用的温度传感器元件，而集成温度传感器特点是测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗，适合远距
15、离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单，它是目前在国内外应用最为普遍的一种温度传感器。综上所述，不同的传感器具有不同的应用场合，由于在温度测控系统中，传感器是前向通道的关键部件，因此选择合适的传感器是非常重要的。选择的原则要考虑温度范围、温控精度、测温场合、价格等几方面的因素。2.2 总体方案的确定考虑到该制冷控制系统功能比较少，由单片机控制即可实现。而89C52单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好,故本系统选择采用89C52单片机。在温度采集方面，采用单线数字温度传感器DS18B20进行数据采集。DSB18B20S数字温度计提供9到12位
16、温度读数，指示器件的温度信息经过单线接口送入DS18B20送出，因此从中央处理器到DS18B20仅需连接一条线和地，读写和完成温度变换所需的电源可以由数据线本身提供，甚至不需要外部电源。而总体方案和系统电路图方面基本上和热敏式传感器相同，只在数据采集方面有所差别。具体电路图如图1所示。根据选择传感器的原则，考虑到模拟量输出传感器会带来许多不便，具体体现在接线多、信号处理复杂等，在硬件实现方面比较困难。而且在上面也已经提及，热敏电阻式温度传感器互换性差，非线性严重。而数字温度传感器DS18B20接线简单，数字输出量能直接作为单片机的输入数据， 同时考虑到只是在普通环境下测量，无论在灵敏度、线性范围、稳定性，还是在精度方面，DS18B20的强大功能已足够满足设
