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1、- - /2011.09/基于单片机、温度传感器的温度智能控制系统的设计西安工程大学电信学院刘晓春【摘要】 在温度检测系统中,感应温度部分的元件是一般是金属热电阻、热电偶或者PN结,但这些测温元件所要配的测量电路较为复杂。感应出来的信号 是模拟量,需要经采样保持电路后再进行A/D转换。才能送入单片机进行处理,但是由于这样的电路硬件复杂、精度不高、易受外界干扰。本文采用DS18B20温度 传感器,它是一种可编程的温度传感器,内部集成了A/D转换电路,可与单片机直接连接,使单片机外围电路简单,比传统的温度测量精度高,应用场合广。【关键词】 单片机(89C51;自动控制;温度传感器(DS18B20;
2、信号引言水温测量模块用于测量器皿中水的温 度。系统需要利用测温传感器检测出水的 实时温度,是控制模块做出正确的反应, 控制水的温度,对于测温传感器本文选择 DS18B20单总线可编程温度传感器,来实 现对温度的采集和转换,大大简化了电路 的复杂度。控制器部分本文采用51系列的 89C51作为系统的控制器。单片机算术运 算功能强,软件编程灵活,自由度大,可用软件编程实现各种算法,并且具有功 耗低,体积小,技术成熟,成本低廉等有 点,使其在各个领域应用广泛。1.系统的总体结构系统总体结构分为:DS18B20模块, 显示模块,继电器模块,键盘输入模块, DS18B20可以被编程,所以箭头是双向 的,
3、89C51首先写入命令给DS18B20,然后 DS18B20开始转换数据,转换后通过89C51来处理数据。数据处理后的结果就显示到数码管上,模块如图1所示。本系统的执行方法是循环查询执行 的,键盘扫描也是用循环查询的办法,由 于本系统对实时性要求不是很高,所以没 有用到中断方式来处理,系统模块如图2所示。2.温度处理模块2.1 温度传感器DS18B20DS18B20与单片机的连接电路简单, 如图5,与单片机的数据通信采用串行通 信已完成其对温度信息的采集与转换。DSl8B20的外观及引脚如图4,有3个引 脚。VDD接电源,电压范围为3.0v5.5V, 它的供电方式有2种,一个是通过数据线 供电
4、,一个是加外电源。GND为接地线。DQ为数据线,通过小电阻与单片机连接, 进行数据通讯。数据可输入亦可输出。2.2 温度转换算法及分析因为DS18B20的温度存储单元中的代 码不是实际的摄氏温度值,所以读出的数 据要进行转换处理,因为精度是0.0625, 所以我们只需要将其转换成十进制再乘0.0625便可得到温度值。由于它可以测负 温度,所以再进行换算时首先要判断是正 温度还是负温度,存储单元的高五位的值 决定了温度的正负,若全为1则是负温度 反之则为正温度。低4位存放的是温度的小 数部分,本设计采用精度为0.1,所以处 理时将低四位乘0.0625后进行小数舍入保留一位。中间7位为温度的整数部
5、分。 图1 模块图 图2 系统各模块之间工作顺序 图3 DS18B20管脚图 图4 DS18B20模块的接口 图5 继电器接口模块图6 总体流程图 3.键盘模块我们采用四个独立键盘,分别是:S1, S2,S3,S4。4.继电器模块图5是 一个 蜂 鸣 器 和一 个 继电 器的 图,我们只用到了继电器的图,继电器和 单片机的P1.3口进行通讯。继电器用于控 制加热器的导通与关闭,其导通与关闭时 间由单片机控制,从而维持水温的平衡。 如图7所示,继电器与单片机的P3.7口连 接,当P3.7口输出一个低电平的时候,继电器上电导通,开关打下,加热器件导通开始加热。5.显示模块显示模块采用动态显示数码管
6、,我们用到前面四个数码管,P0口是送字符的,P2口是用来位选数码管的。6.软件设计说明本系统采用的是循环查询方式,来显示和控制温度的。总体流程图如6所示。参考文献1江力.单片机原理与应用技术M.清华大学出版社. 2王兆月,等编著.微型计算机接口技术M.机械工业 出版社.3江晓安,等编著.数字电子技术M.西安电子科技大 学出版社.4DS18B20官方文档OL.DS18B20官方英文站点下载. 5宋悦孝.电子测量与仪器M.电子工业出版社. 6文代琼.智能水温控制系统设计J.宜宾学院学报, 2007.作者简介:刘晓春(1982,女,陕西渭南 人,西安工程大学控制工程专业在职研究生,研究 方向:自动控
7、制系统的设计。(上接第19页枯竭、无污染、不受地域资源限的优势正 在迅速推广使用。据有关资料预测,到 2060年,世界电力能源消耗的一半将来源 于可再生能源发电。在可再生资源中,风能是最重要的组 成部分。全球风能资源丰富,据统计,全 球风能潜力能占到当前全球用电量的5倍 之多。同时,利用风能发电无污染,能降 低全球二氧化碳排放量欧洲,再次,风能 发电施工占地少,周期短,投资灵活,具 有较好的经济效益和社会效益。现代电力 电子技术以及变频调速技术的迅速发展, 在风力发电中的得到了广泛的应用。当前 的风电机组已经成为结合了先进的空气动 力学、机械制造、电子技术、微机控制技 术的高科技产品,而风力发
8、电系统中不可 或缺的重要组成部分就是高科技的电力电 子技术,电力电子技术对于风电机组的控 制、电能的转换、电能质量的改善等都至 关重要。水能和太阳能也是可再生能源中重 要组成部分。当前,我国的水电蕴藏大约 为6.67亿千瓦,能开发的大约为3.78亿 千瓦,但我国目前的水电年发电量仅为 19200亿千瓦时,开发潜力还很大。水能 发电由于具有丰水期和枯水期,发电机组 的最佳速度也要有不同变化。因此,发电 运行时,需要将传统的直流励磁改成超低 频可变频交流励磁,用励磁频率的变化弥 补发电机转子转速的非稳定变化,以保持 当枯水期水头下降时,水力发电机能持续 发电。这需要现代电力电子技术来完成。 太阳能
9、光伏发电则给世界能源界注入了一 股新鲜的力量,太阳能资源也是十分丰富,而大功率太阳能发电,不管使用独立或并网的系统,都需要利用最大功率跟踪功能的逆变器将太阳能阵列发电的直流电转化成交流电,这更需要现代电力电子技术来完成。2.2 电力电子技术在电力节能中的应用当前,现代工业能源与电力相结合的越来越密切,电力正以清洁、稳定、利用率高以及适用范围广的众多优点,已在现代工业的各个方面得到广泛利用,电能已是现代工业的动力之源与能量之泉。据相关数据,近几年来,我国的工业用电总量正以每年15.9%的速度猛增,然而在很多发展中国家,工业用电还不够合理,特别是在用电效率低、浪费严重。在世界化石能源日益枯竭的今天
10、,降低电能消耗对于解决能源问题意义重大,而提高电源效率、降低电源消耗的根本途径就是运用现代化电力电子技术来提高效率,优化性能,还节约原材料。电力电子技术对世界的能源安全有着至关重要的作用。2.3 电力电子技术在改造传统产业中的应用电力电子技术是弱电控制强电的连接纽带,是机电设备与计算机的重要媒介,电力电子技术为传统产业和新兴产业采用微电子技术创造了条件。在电力电子技术的应用中,在传统工业行业中,许多劳动强度大、劳动环境恶劣的工作环境,通过工业控制系统把电能转化为劳动力,把工人们从落后的劳动车间带入到现代化的智能工作室,大大提高了劳动生产率,节约了人力资源。解决了企业的众多安全与环境问题。2.4
11、 电力电子技术在家用电器中的应用 电力电子技术不但在现代工业制成 品得到广泛应用,也给人们的衣食住行中 带来的极大的方便。电力电子控制学让人 们从繁杂的家务劳动中解放出来:譬如洗 衣服只需要把衣服放进洗衣机,再按下按 钮,有空就可以拿出干净的衣服;洗碗机 能快速将油乎乎的餐具洗净,同时,电力 电子变频技术使得家用电器既方便又节能, 变速空调和变速热泵能够节约30%的电能, 高频荧光灯比白炽灯效率高2-3倍。 3.结束语总之,电力电子技术是一个较年轻但 极具发展前途的产业。是智力、信息、知 识密集型的技术,有非常高的实用性,应 用范围非常的广,每个用电产品几乎都可 以牵涉到电力电子技术,同时电力
12、电子技 术可以达到高效节能的目的。这个行业也 必将进一步得到发展,必将节省更多的能 源,为国民经济服务,成为国民经济中的 一个重要产业。参考文献1王云亮.电力电子技术M.电子工业出版社,2004. 2黄俊,王兆安.电力电子变流技术M.机械工业出版 社,2001.3诺克斯维尔B.K.博斯.电力电子和电机传动的最新 进展J.电力电子,2005(6.4杨慧颖等.风力发电中电力电子技术的应用J.2005. 5张国君,王学礼.现代电力电子及电源技术的发展J.2005. 6杨敏利.我国电力电子技术产业化模式选择与战略 分析J.7林渭勋.浅谈半导体高频电力电子技术A.电力电 子技术选编M.浙江大学,1992:384-390.8季幼章.迎接知识经济时代,发展电源技术应用J.电源技术应用,l998,2.9叶治正,叶靖国.开关稳压电源M.高等教育出版社, 1998.- -/2011.09/
