一種數字式溫度控制系統的設計

1．引 言

　　溫度是重要的物理量，溫度的測量和控制，在工業(yè)生產(chǎn)和科研工作中都非常重要。數字式溫度測量系統的特點(diǎn)是以微處理器為核心，利用微處理器的控制、運算功能，具有智能化的特點(diǎn)。本系統采用數碼管直接顯示被測溫度值，這種數字式顯示不僅直觀(guān)、測量精度高，而且便于進(jìn)行自動(dòng)控制。所以，數字式溫度測量電路獲得了廣泛的應用。

2．系統硬件設計

　　系統如圖1所示，整個(gè)系統電路結構簡(jiǎn)單明了、緊湊，性能可靠；不僅適用于水溫控制，且作為加熱源，如加熱爐、電爐應用電子器件，也可適用于工業(yè)環(huán)境溫度的監測與控制。采用DS1820作為溫度傳感器，使系統簡(jiǎn)單可靠，且易于操作，它的性能突出。

圖1　電路組成框圖
　　以下對各部分主要電路作介紹

2．1　 溫度轉換電路

　　這部分電路完成的功能主要是：把非電物理量（溫度量）轉換成模擬電信號，再經(jīng)A/D轉換為數字量。它的性能的好壞、精確度等直接影響測量以及控制的結果，因此，這是很重要的部分。 考慮到本設計的要求，在這里我們采用新型的單片數字溫度傳感器DS1820，它具有性能好（分辨率為0.5℃，測溫范圍為—50--- +125℃）、體積小、接口簡(jiǎn)單（三端元件：一根地線(xiàn)、一根信號線(xiàn)、一根電源線(xiàn)）和使用方便（集成了采樣、物理量/模擬量轉換、A/D轉換等功能，直接輸出數字信號，無(wú)需另接任何外圍電路即可方便地構成溫度檢測系統）等的優(yōu)點(diǎn)。以下對DS1820芯片介紹。DS1820是美國DALLAS公司生產(chǎn)的單線(xiàn)數字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干攏能力強、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于構成多點(diǎn)溫度測控系統，可直接將溫度轉化成串行數字信號供微機處理，而且每片DS1820都有唯一的產(chǎn)品號，并可存入其ROM中，以便在構成大型溫度測控系統時(shí)在單線(xiàn)上掛接任意多個(gè)DS1820芯片。從DS1820讀出或寫(xiě)入DS1820信息僅需要一根口線(xiàn)，其讀寫(xiě)及溫度轉換功率來(lái)源于數據總線(xiàn)，該總線(xiàn)本身也可以向所掛接的DS1820供電，而無(wú)需額外電源。DS1820能提供九位溫度讀數，它無(wú)需任何外圍硬件即可方便地構成溫度檢測系統。DS1820測量溫度時(shí)使用特有的溫度測量技術(shù)。其內部的低溫度系數振蕩器能產(chǎn)生穩定的頻率信號f0，高溫度系數振蕩器則將被測溫度轉換成頻率信號f0當計數門(mén)打開(kāi)時(shí)，DS1820對f0數，計數門(mén)開(kāi)通時(shí)間由高溫度系數振蕩器決定。芯片內部還有斜率累加器，可對頻率的非線(xiàn)性予以補償。測量結果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應為9位(符號占1位)，但因符號位擴展成高8位，故以16位補碼形式讀出，表1給出了溫度和數字量的關(guān)系。DS1820采用3腳PR－35封裝或8腳SOIC封裝，管腳排列如圖2所示。圖中GND為地，I/O為數據輸入/輸出端(即單線(xiàn)總線(xiàn))，該腳為漏極開(kāi)路輸出，常態(tài)下呈高電平。 VCC是外部＋5V電源端，不用時(shí)應接地。NC為空腳，圖3是它的結構框圖。
表1　DS1820溫度與數字對應關(guān)系