基于５１單片機的多點溫度控制系統設計

奚建榮

摘 要：針對目前壁掛爐采暖中溫度控制不準確的現狀，以單片機為控制中心，采用Dallas公司的“一線總線”數字化溫度傳感器DS18B20以及脈沖控制器件，設計一款多點測溫及溫度控制系統；系統能夠同時測量多點溫度，并根據溫度設定實時控制各回路通斷及壁掛爐的燃燒與停止，從而進一步提高居室的舒適性及采暖系統的經濟性。

關鍵詞：51單片機；DS18B20；多點溫度檢測；溫度控制系統

中圖分類號：TP274文獻標識碼：B

文章編號：1004 373X(2009)02 186 03

Multi－point Temperature Control System Based on 51 Single Chip Computer

XI Jianrong

(Weinan Teachers University,Weinan,714000,China)

Abstract：A multi－point temperature control system based on MCS－51 single chip computer is designed to solve the inaccurate problem of current temperature control system.Using DS18B20,"1－Wire" digital thermometer,and the component controlled by electric pulse.According to the temperatures got from multi－pointtemperature sensor,it can control heating water circuit and the burning or shutting of the stove.It makesthe room more comfortable and enhances the efficiency of the heating system.

Keywords：single chip computer；DS18B20；multi－point temperature measurement；temperature control system

隨著生活水平的提高，人們對家居需求由面積需求變為舒適需求。地板采暖采用輻射方式供暖，符合人體生理需求曲線，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驗手動調節分水器球閥，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，需要經常對室溫進行調節。

針對以上問題，利用SST89E564RC單片機及新型測溫器件設計了多點溫控采暖控制系統，根據室內各點溫度設定實時控制采暖系統，從而提高居室的舒適性以及采暖的經濟性。

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。

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。

2.1 控制核心

系統采用SST89E564RC單片機作為控制核心，進行溫度采集、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SuperFlash，1 KB的RAM，通過對其RAM做進一步擴展，可滿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DS18B20。該傳感器支持 “一線總線”接口，可方便地進行多點溫度測量，還可以程序設定9~12位的分辨率，最高精度為±0.062 5 ℃，分辨率設定及用戶設定的報警溫度存儲在E2PROM中，掉電后依然保存。該產品支持3~5.5 V的電壓范圍，因其體積小使系統設計更靈活、方便。

DS18B20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為外接供電電源輸入端。

DS18B20內部結構主要由4部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發的溫度報警觸發器TH和TL、配置寄存器。

光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現1根總線上掛接多個DS18B20的目的。

DS18B20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）用來設置分辨率，如表1所示。

根據DS18B20的通信協議，主機控制DS18B20完成溫度轉換必須經過3個步驟：每一次讀寫之前都要對其進行復位，復位成功后發送1條ROM指令，最后發送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數據線下拉500 μs，然后釋放，DS18B20收到信號后等待16～60 μs左右，后發出60～240 μs的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。由于DS18B20采用的是單線進行控制與讀取數據，因此對操作的時序要求非常嚴格，否則由于時序不匹配，將無法完成對器件的正確操作。

2.3 控制執行部分

（1） 壁掛爐燃燒系統控制。

控制電路采用了脈沖繼電器器件作為整個系統的總控部分，當所有居室溫度均達到設定值時，停止壁掛爐的工作。該繼電器的特點是：當線圈收到一個脈沖信號后，線圈通電，電磁鐵吸合，帶動觸頭閉合接通需要控制的電路，當下一個信號到來后，電磁鐵吸合，觸頭斷開，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生變化，保持穩定狀態，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，只需通過控制器切換脈沖的電極觸點來改變電磁閥的開關狀態，當控制器發出電脈沖時，驅動閥芯克服永磁力產生上下移，使閥瓣到位后在永磁作用下處于自保持狀態。

2.4 圖形液晶顯示模塊

為了能夠提供形象直觀的用戶顯示界面，系統采用圖形液晶顯示模塊LCD12864，其具有8位標準數據總線、6條控制線及電源線，可與CPU直接接口，顯示各種字符及圖形。考慮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DS18B20的時序要求進行代碼編寫。為了降低開

發難度，提高開發效率，系統開發中引入了μC/OS－Ⅱ嵌入式操作系統并移植了LCD顯示驅動。另一方面，為了確保對DS18B20操作時序的精確性，對DS18B20進行初始化和讀寫代碼仍采用匯編語言。

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、系統運行時間表存儲、各溫控點的設定值及測量值、系統時間的存放及一些臨時數據存儲。

為了區別多個溫度傳感器，在系統初始化時讀入傳感器中的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行比對，共需64 B。

漢字字模采用16×16字庫進行提取，其中每個漢字需32 B，約15個字，為了方便程序功能的升級改進，在程序存儲空間中按20個字進行空間分配，需要存儲空間640 B。

系統運行時間表的設計以小時為設置單位，需要保存24個值；為了減少時間比較過程中的數據計算量以及方便編程，對每個值采用一個字節存儲，這里共需24 B存儲空間，這里仍然使用程序存儲空間進行存儲，以便在系統掉電時設定值不會丟失。

3.2 系統程序設計

系統程序設計主要使用KeilC51進行編寫，但由于對DS18B20器件的讀寫時序要求比較嚴格，故采用匯編代碼，其中溫度讀取子程序主要代碼如下：

GET_TEM:…

MOV DPTR,DS_TABLE ；指向器件序號表入口

LOOP: MOV R7,7；逐個讀取溫度

MOVA,#055H ；ROM匹配

LCALL WRITE_SERIAL

LCALLDELAY

MOV A,#44H ；發出溫度轉換命令

LCALL WRITE_1820

LCALL DELAY ；延時750 μs（12位）

LCALL INIT_1820 ；準備讀溫度前先復位

LCALLDELAY

LCALLWRITE_1820

MOV A,#0BEH ；發出讀溫度命令

LCALL WRITE_1820

LCALL READ_18200；保存讀出的溫度數據

DJNZ R7,LOOP

CLR P1.4

RET

4 結 語

微型計算機在智能化電器發展中起著至關重要的作用，而單片機經濟實用、開發簡便，因而在工業控制、家電智能化等領域占據了廣泛的市場。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溫控采暖控制系統，該系統能夠同時測量多點溫度，并根據溫度設定實時控制各回路通斷及壁掛爐的燃燒與停止，從而進一步提高居室的舒適性以及采暖系統的經濟性。

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