多點(diǎn)測溫及溫度控制系統的設計應用

隨著(zhù)生活水平的提高，人們對家居需求由面積需求變?yōu)槭孢m需求。地板采暖采用輻射方式供暖，符合人體生理需求曲線(xiàn)，如果控制系統選取得當，不僅可以提高房間舒適度，更可以使系統運行費用降低許多。如今一般是在典型位置安裝一個(gè)溫控裝置，溫控裝置連接到壁掛爐，溫控器根據室溫和溫度設定直接控制鍋爐運行，各房間不同回路由工作人員憑經(jīng)驗手動(dòng)調節分水器球閥，改變不同回路的流量，從而達到調節各房間的室溫的效果。使用這種控制方法，即使是有經(jīng)驗的工作人員，也難以調節得十分準確，何況各家庭成員由于年齡不同，所需舒適溫度不同，需要經(jīng)常對室溫進(jìn)行調節。

針對以上問(wèn)題，我們利用SST89E564RC單片機及新型測溫器件設計了多點(diǎn)溫控采暖控制系統，根據室內各點(diǎn)溫度設定實(shí)時(shí)控制控制采暖系統，從而提高居室的舒適性以及采暖的經(jīng)濟性。

1 系統設計目標

系統總體設計思想是以SST89E564RC單片機為控制核心，整個(gè)系統硬件部分包括溫度檢測部分、控制執行部分、顯示及鍵盤(pán)系統及最小系統基本電路。系統利用單片機獲得溫度傳感器數據并與系統設計值進(jìn)行比較，根據比較結果分別控制執行系統。溫度控制系統控制框圖如圖1所示。

圖1 溫度控制系統控制框圖

2 系統硬件設計

根據系統所需完成的功能，設計系統硬件結構如圖2所示。

圖2 設計系統硬件結構

2.1 控制核心

系統采用SST89E564RC單片機作為控制核心，進(jìn)行溫度采集、信息顯示及執行機構的控制。SST89E564RC是美國SST公司推出的高可靠、小扇區結構的FLASH單片機，內部嵌入72 KB的Super-FLASH，1 KB的RAM，通過(guò)對其RAM做進(jìn)一步擴展，可滿(mǎn)足嵌入系統操作系統的運行條件。

2.2 溫度傳感器

溫度傳感器采用DALLAS半導體公司的數字化溫度傳感器DSl8820。該傳感器支持“一線(xiàn)總線(xiàn)”接口，可方便地進(jìn)行多點(diǎn)溫度測量，還可以程序設定9～12位的分辨率，最高精度為±0.062 5℃，分辨率設定及用戶(hù)設定的報警溫度存儲在E2PROM中，掉電后依然保存。該產(chǎn)品支持3～5.5 V的電壓范圍，因其體積小使系統設計更靈活、方便。DSl8820的管腳排列如圖3所示，其中DQ為數字信號輸入/輸出端;GND為電源地;VDD為外接供電電源輸人端。

圖3 DSl8820

DSl8820內部結構主要由4部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。

光刻ROM中的64位序列號是出廠(chǎng)前被光刻好的，它可以看作是該DSl8820的地址序列碼。光刻ROM的作用是使每一個(gè)DSl8820都各不相同，這樣就可以實(shí)現1根總線(xiàn)上掛接多個(gè)DSl8820的目的。

DSl8820溫度傳感器的內部存儲器包括9 B高速暫存RAM和1 B非易失性的可電擦除的E2PROM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH，TL和結構寄存器，該字節第7位(TM)為0，低5位一直都是1，第6，5位(R1，R0)用來(lái)設置分辨率，如表1所示。

表1 DSl8820溫度測量分辨率表

根據DSl8820的通信協(xié)議，主機控制DSl8820完成溫度轉換必須經(jīng)過(guò)3個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)之前都要對其進(jìn)行復位，復位成功后發(fā)送1條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DSl8820進(jìn)行預定的操作。復位要求主CPU將數據線(xiàn)下拉500μs，然后釋放，DSl8820收到信號后等待16～60μs左右，后發(fā)出60～240μs的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。由于DSl8820采用的是單線(xiàn)進(jìn)行控制與讀取數據，因此對操作的時(shí)序要求非常嚴格，否則由于時(shí)序不匹配，將無(wú)法完成對器件的正確操作。

2.3 控制執行那分

(1)壁掛爐燃燒系統控制?？刂齐娐凡捎昧嗣}沖繼電器器件作為整個(gè)系統的總控部分，當所有居室溫度均達到設定值時(shí)，停止壁掛爐的工作。該繼電器的特點(diǎn)是：當線(xiàn)圈收到一個(gè)脈沖信號后，線(xiàn)圈通電，電磁鐵吸合，帶動(dòng)觸頭閉合接通需要控制的電路，當下一個(gè)信號到來(lái)后，電磁鐵吸合，觸頭斷開(kāi)，切斷被控制的電源，因此其具有自鎖和信號遙控功能。由于磁鐵的作用，控制脈沖消失后滑片位置不發(fā)生變化，保持穩定狀態(tài)，所以該器件具有功耗小、具有記憶功能。

(2)居室溫度控制。各居室溫度控制在燃燒控制系統工作前提下，根據各居室溫度測量返回值，采用上海歐凱電磁閥制造有限公司生產(chǎn)的OK6515自保持脈沖電磁閥控制各回路的通斷。脈沖電磁閥采用脈沖和永磁技術(shù)，只需通過(guò)控制器切換脈沖的電極觸點(diǎn)來(lái)改變電磁閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，當控制器發(fā)出電脈沖時(shí)，驅動(dòng)閥芯克服永磁力產(chǎn)生上下移，使閥瓣到位后在永磁作用下處于自保持狀態(tài)。

2.4 圖形液晶顯示模塊

為了能夠提供形象直觀(guān)的用戶(hù)顯示界面，系統采用圖形液晶顯示模塊LCDl2864，其具有8位標準數據總線(xiàn)、6條控制線(xiàn)及電源線(xiàn)，可與CPU直接接口，顯示各種字符及圖形?？紤]到系統中漢字的使用量少，因此選用不帶漢字庫的LCD。對于使用的漢字分別提取其字模并以二進(jìn)制形式保存于內部FLASHROM中。

3 系統軟件設計

系統軟件設計主要依據系統程序流程以及DSl8820的時(shí)序要求進(jìn)行代碼編寫(xiě)。為了降低開(kāi)發(fā)難度，提高開(kāi)發(fā)效率，系統開(kāi)發(fā)中引入了μC/OS一Ⅱ嵌入式操作系統并移植了LCD顯示驅動(dòng)。另一方面，為了確保對DSl8820操作時(shí)序的精確性，對DSl8820進(jìn)行初始化和讀寫(xiě)代碼仍采用匯編語(yǔ)言。

3.1 系統數據結構

系統所需數據結構包括各測溫元件的序列號表，漢字字模存儲、系統運行時(shí)間表存儲、各溫控點(diǎn)的設定值及測量值、系統時(shí)間的存放及一些臨時(shí)數據存儲。

為了區別多個(gè)溫度傳感器，在系統初始化時(shí)讀入傳感器中的64位序列號，并將其存入程序存儲空間，以便程序運行期間進(jìn)行比對，共需64 B。漢字字模采用16×16字庫進(jìn)行提取，其中每個(gè)漢字需32 B，約15個(gè)字，為了方便程序功能的升級改進(jìn)，在程序存儲空間中按20個(gè)字進(jìn)行空間分配，需要存儲空間640 B。系統運行時(shí)間表的設計以小時(shí)為設置單位，需要保存24個(gè)值;為了減少時(shí)間比較過(guò)程中的數據計算量以及方便編程，對每個(gè)值采用一個(gè)字節存儲，這里共需24 B存儲空間，這里仍然使用程序存儲空間進(jìn)行存儲，以便在系統掉電時(shí)設定值不會(huì )丟失。

3.2 系統程序設計

系統程序設計主要使用KeilC5l進(jìn)行編寫(xiě)，但由于對DSl8820器件的讀寫(xiě)時(shí)序要求比較嚴格，故采用匯編代碼，其中溫度讀取子程序主要代碼如下：

4 結 語(yǔ)

微型計算機在智能化電器發(fā)展中起著(zhù)至關(guān)重要的作用，而單片機經(jīng)濟實(shí)用、開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便，因而在工業(yè)控制、家電智能化等領(lǐng)域占據了廣泛的市場(chǎng)。這里針對目前溫度控制器現狀設計了一種新方案，利用單片機及新型測溫器件設計了一種多點(diǎn)溫控采暖控制系統，該系統能夠同時(shí)測量多點(diǎn)溫度，并根據溫度設定實(shí)時(shí)控制各回路通斷及壁掛爐的燃燒與停止，從而進(jìn)一步提高居室的舒適性以及采暖系統的經(jīng)濟性。