陳 偉
(金山職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 揚(yáng)中 212200)
在農(nóng)工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中,對(duì)溫度的測(cè)量及控制始終占據(jù)著極其重要的地位。目前,典型的溫度測(cè)控系統(tǒng)由模擬式溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)組成。由于模擬式溫度傳感器輸出的模擬信號(hào)必須經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)獲得數(shù)字信號(hào)后才能與單片機(jī)等微處理器接口,因而使得硬件電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本較高。而以DS18B20為代表的新型單總線數(shù)字式溫度傳感器集溫度測(cè)量和A/D轉(zhuǎn)換于一體,直接輸出數(shù)字量,與單片機(jī)接口電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,廣泛使用于距離遠(yuǎn)、節(jié)點(diǎn)分布多的場(chǎng)合,具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。
近年來(lái)直飲機(jī)在公司、單位所占的市場(chǎng)份額直線上升,它采用RO膜反滲透等技術(shù),可以與自來(lái)水直接相接生產(chǎn)出純凈水,現(xiàn)制現(xiàn)喝,杜絕了“二次污染”,消除了“黑心水”之憂(yōu)。值得注意的是,直飲機(jī)和凈水器一樣,制出的純凈水相比桶裝水更新鮮、更衛(wèi)生,可以生飲,也可以燒開(kāi)水,而且水壺、電暖瓶等電器再也不會(huì)結(jié)水垢了。
本文所設(shè)計(jì)的飲水機(jī)溫度控制系統(tǒng),通過(guò)單片機(jī)與溫度采集芯片進(jìn)行控制溫度,用液晶模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的顯示,主要是能顯示當(dāng)前的溫度,能對(duì)溫度進(jìn)行設(shè)置,實(shí)際的溫度與設(shè)定的溫度基本相同。
系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)功能是:①利用溫感器DS18B20實(shí)時(shí)檢測(cè)并用液晶屏顯示檢測(cè)的結(jié)果;②設(shè)定的溫度-20℃~+110℃,控制誤差不超過(guò)±1℃;③可將水溫控制在一定的溫度范圍內(nèi),超過(guò)上下限由不同的LED報(bào)警顯示;④通過(guò)按不同功能鍵,實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà),完成各種操作功能。
2.1 硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)硬件從功能模塊上可分為五部分:?jiǎn)纹瑱C(jī)模塊、溫度顯示模塊、鍵盤(pán)控制模塊、溫度測(cè)量電路、執(zhí)行電路。
(1)單片機(jī)模塊的設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)功能要求以及單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)思路對(duì)單片機(jī)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì),要使單片機(jī)能準(zhǔn)確地接受與發(fā)送數(shù)據(jù),在受到外部各種干擾后,能及時(shí)恢復(fù)繼續(xù)工作。
(2)溫度測(cè)試模塊。DSl820數(shù)字溫度計(jì)提供9位溫度讀數(shù),指示器件的溫度,信息經(jīng)過(guò)單線接口送入DSl820或從DSl820送出,因此從中央處理器到DSl820僅需連接一條線(和地)。讀、寫(xiě)和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供,而不需要外部電源。因?yàn)槊恳粋€(gè)DSl820有唯一的系列號(hào)(silicon serialnumber),因此多個(gè)DSl820可以存在于同一條單線總線上。這允許在許多不同的地方放置溫度靈敏器件。
DSl820通過(guò)使用在板溫度測(cè)量專(zhuān)利技術(shù)來(lái)測(cè)量溫度。DS18B20的內(nèi)部計(jì)數(shù)器對(duì)一個(gè)受溫度影響的振蕩器的脈沖計(jì)數(shù),低溫時(shí)振蕩器的脈沖可以通過(guò)門(mén)電路,而當(dāng)?shù)竭_(dá)某一設(shè)置高溫時(shí)振蕩器的脈沖無(wú)法通過(guò)門(mén)電路。計(jì)數(shù)器設(shè)置為-55℃時(shí)的值,如果計(jì)數(shù)器到達(dá)0之前,門(mén)電路未關(guān)閉,則溫度寄存器的值將增加,這表示當(dāng)前溫度高于-55℃。同時(shí),計(jì)數(shù)器復(fù)位在當(dāng)前溫度值上,電路對(duì)振蕩器的溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償,計(jì)數(shù)器重新開(kāi)始計(jì)數(shù)直到回零。如果門(mén)電路仍然未關(guān)閉,則重復(fù)以上過(guò)程。溫度表示值為9bit,高位為符號(hào)位。
DS1820既可寄生供電也可由外部5V電源供電。在寄生供電情況下,當(dāng)總線為高電平時(shí),DS18B20從總線上獲得能量并儲(chǔ)存在內(nèi)部電容上,當(dāng)總線為低電平時(shí),由電容向DS18B20供電。
(3)鍵盤(pán)控制模塊。矩陣式鍵盤(pán)識(shí)別按鍵的方法有兩種:一是行掃描法,二是線反轉(zhuǎn)法。本文采用行掃描法。
(4)固態(tài)繼電器。固態(tài)繼電器(SSR)與機(jī)電繼電器相比,是一種沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)、不含運(yùn)動(dòng)零件的繼電器,但它具有與機(jī)電繼電器本質(zhì)上相同的功能。SSR固態(tài)繼電器以觸發(fā)形式,可分為零壓型(Z)和調(diào)相型(P)兩種。在輸入端施加合適的控制信號(hào)VIN時(shí),P型SSR立即導(dǎo)通。當(dāng)VIN撤銷(xiāo)后,負(fù)載電流低于雙向可控硅維持電流時(shí)(交流換向),SSR關(guān)斷。Z型SSR內(nèi)部包括過(guò)零檢測(cè)電路,在施加輸入信號(hào)VIN時(shí),只有當(dāng)負(fù)載電源電壓達(dá)到過(guò)零區(qū)時(shí),SSR才能導(dǎo)通,并有可能造成電源半個(gè)周期的最大延時(shí)。Z型SSR關(guān)斷條件同P型,但由于負(fù)載工作電流近似正弦波,高次諧波干擾小,所以應(yīng)用廣泛。
2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
(1)設(shè)計(jì)分析。系統(tǒng)軟件由溫度采集程序、液晶顯示、實(shí)時(shí)存儲(chǔ)等模塊組成。要先將其初始化,然后進(jìn)入調(diào)處理程序,在此期間進(jìn)行溫度采集,然后判斷有無(wú)按鍵,如果有,那就開(kāi)始加熱,并判斷是否加熱到設(shè)定溫度,是的話(huà)就恒溫加熱。
(2)DS1820溫度采集程序。主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)3個(gè)步驟:初始化、ROM操作指令、存儲(chǔ)器操作指令。DS18B20的一線工作協(xié)議流程是:初始化→ROM操作指令→存儲(chǔ)器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。
本文設(shè)計(jì)的飲水機(jī)溫控系統(tǒng)以單片機(jī)(AT89C51)為核心,使用DS18B20對(duì)溫度采進(jìn)行采集,并且控制固態(tài)繼電器SSR-10A對(duì)加熱管進(jìn)行加熱,從而達(dá)到對(duì)溫度的控制,然后使用液晶屏TS1602-1顯示。測(cè)溫范圍為-20°~+110°,精度誤差在0.1以?xún)?nèi),具有測(cè)溫精度高、控制性能良好等特點(diǎn)。
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