基于DSl8820的溫控系統冷熱調節設計

隨著(zhù)我國經(jīng)濟的發(fā)展，科學(xué)研究深入推進(jìn)，溫度監測與控制系統在工業(yè)設計、智能儀表、日常家用電器等領(lǐng)域的應用越為廣泛，基于單片機設計的電子產(chǎn)品有著(zhù)廣闊的應用市場(chǎng)和發(fā)展前景。
DSl8820是Dallas公司生產(chǎn)的一款數字溫度傳感器，超小體積，超低硬件開(kāi)銷(xiāo)，抗干擾能力強，精度高，附加功能強。DSl8820的溫度檢測與數字數據輸出集成于，一個(gè)芯片上，單總線(xiàn)數據通信，二進(jìn)制輸出，分辨率最高可達12位，檢測溫度范圍為-55～+125 ℃，具有限溫報警功能。同時(shí)，DSl8820內置EEPROM、64位光刻ROM，支持多點(diǎn)組網(wǎng)，根據需要把多個(gè)DSl8820并聯(lián)在唯一的三總線(xiàn)上，便可實(shí)現組網(wǎng)多點(diǎn)測溫，便于溫控系統的擴展和升級。

1 系統工作原理
為實(shí)現被控對象溫度的冷熱調節，所設計的溫度控制系統以AT89S51單片機作為控制核心，包括溫度采樣模塊、溫度顯示模塊、執行模塊、過(guò)欠溫指示模塊以及小鍵盤(pán)等外同電路。系統時(shí)鐘頻率為12 MHz，采用智能集成化器件DSl8820來(lái)監測被控對象，將溫度值轉換為帶符號的數字信號，通過(guò)單總線(xiàn)輸出，實(shí)現了溫度采集、轉換與變送的功能，有利于簡(jiǎn)化電路?？紤]到單片機的直流輸出驅動(dòng)能力，采用三極管、74LS244和74LS07來(lái)驅動(dòng)相應的外圍集成電路。溫度數據通過(guò)4個(gè)并行共陽(yáng)極的LED動(dòng)態(tài)顯示，并自行搭建小鍵盤(pán)來(lái)實(shí)現被控對象目標溫度的設定。執行模塊利用固態(tài)繼電器SSR進(jìn)行光電隔離，實(shí)現小功率直流電控制220 V交流電通斷，使得控制加熱管通斷、風(fēng)扇啟停的繼電器帶電或失電，并采用大功率的風(fēng)扇和加熱管以實(shí)現有效的溫度冷熱調節。系統中采用不同顏色的LED燈指示系統的工作運行狀態(tài)，紅色發(fā)光二極管亮表示溫度過(guò)高或過(guò)低報警，綠色發(fā)光二極管亮則表示系統工作正常。系統組成如圖1所示。

在核心控制處理模塊AT89S51單片機中，為了有效抑制從DSl8820傳來(lái)的溫度數字信號的隨機誤差，提高系統的測量精度和抗干擾性，在A(yíng)T89S51單片機的控制程序中加入數字濾波子程序。數字濾波平滑處理盡可能消除系統隨機誤差的影響，從軟件方面提高系統的抗干擾能力。并利用MATIAB對測溫數據進(jìn)行擬合，從而進(jìn)一步校正測量溫度值，使測量值更逼近精確值。

2 系統硬件設計
2．1 電源及溫度顯示模塊
為避免信號之間的串擾，采用5 V直流電源分別為單片機、鍵盤(pán)、固態(tài)繼電器控制模塊、8段數碼管供電，并提供上電復位電壓。同時(shí)為風(fēng)扇和400 W加熱器提供220 V交流電。
溫度顯示模塊采用4個(gè)8段數碼管顯示溫度。為穩定顯示，采用總線(xiàn)延時(shí)的動(dòng)態(tài)顯示方式。驅動(dòng)電路和位選分別由74IS244、74LS07搭建組成。
2．2 小鍵盤(pán)模塊
小鍵盤(pán)模塊自行搭建，由復位鍵、確認鍵、加1鍵和TAB鍵等4個(gè)按鍵組成。鍵盤(pán)電路簡(jiǎn)單明了，滿(mǎn)足設定被控對象目標溫度的人機交互要求。各個(gè)按鍵的功能說(shuō)明如表1所示。

2．3 溫度數據采集
DSl8820采用單總線(xiàn)專(zhuān)用技術(shù)，通過(guò)I／O端口線(xiàn)與單片機相接，無(wú)須經(jīng)過(guò)其他變換電路便可直接輸出被測溫度值(12位二進(jìn)制數，含符號位)。其引腳功能分別為：VDD引腳接工作電源，當工作于寄生方式時(shí)，此引腳必須接地；DQ引腳用于數據輸入／輸出；GND引腳接地。
在該系統中DSl8820與單片機的接口電路，如圖2所示，VDD經(jīng)1 kΩ的上拉電阻與外部電源相接，GND接地，DQ通過(guò)單總線(xiàn)與單片機P0．0口相連。