薛曉珍

（山西大醫(yī)院， 山西 太原 030032）

引言

在工業(yè)生產(chǎn)中，常常對環(huán)境溫度進行監(jiān)測并依據(jù)溫度做出相應(yīng)的控制。傳統(tǒng)的辦法是用熱電阻或熱電偶等元件來采集溫度信息，但需要AD轉(zhuǎn)換模塊將采集的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，造成了硬件的復(fù)雜以及成本的提高[1]，同時也降低系統(tǒng)的可靠性和精度。DS18B20的出現(xiàn)大大解決了上述問題，它是美國DALLAS公司生產(chǎn)的新型單總線數(shù)字式溫度傳感器，集溫度測量與AD轉(zhuǎn)換為一體，直接輸出數(shù)字量，單總線、硬件簡單，可以實現(xiàn)多點測量，具有體積小，硬件成本低，抗干擾能力強，精度高，附加功能強等特點，廣泛的應(yīng)用于倉儲管理、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)制造、氣象觀測、科學研究以及日常生活中。

1 硬件結(jié)構(gòu)

本文所設(shè)計的智能溫度傳感器以STC89C52單片機為主控芯片，采用DS18B20采集溫度信號，DS12C887提供實時時鐘，設(shè)計了數(shù)碼管顯示與繼電器輸出控制，并設(shè)計了良好的人機交互界面，方便用戶操作，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 溫度控制系統(tǒng)圖

按鍵或是紅外遙控輸入控制命令，包括開機、設(shè)定溫度、定時選擇，系統(tǒng)置位繼電器對采暖設(shè)備進行加熱。實時采集DS18B20溫度傳感器的信息，并將室溫的采集值和設(shè)定溫度值顯示到數(shù)碼管上，當室溫達到指定值時系統(tǒng)控制繼電器停止加熱，進入保溫狀態(tài)（低功耗加熱），在加熱的工程中如檢測到設(shè)備溫度超過上限，同樣斷開繼電器停止加熱以保護設(shè)備，并讓蜂鳴器蜂鳴3次提醒用戶溫度超限了。DS12C887為系統(tǒng)提供準確的時鐘，用戶可以設(shè)定定時開機與定時關(guān)機，設(shè)定時數(shù)碼管將切換到顯示時間值，設(shè)定完成后則繼續(xù)顯示溫度值，并可以實時查詢設(shè)定的時間值和設(shè)備表面的溫度值。該系統(tǒng)采用了雙溫雙控的控制原理，并設(shè)計了低功耗保溫，在降低功耗的同時有效的保護了采暖設(shè)備。

1.1 STC89C52單片機

STC89C52單片機具有很高的速率和極低的功耗，抗干擾能力強，具有8K的Flash和512K的RAM，存儲空間大，并支持在系統(tǒng)編程（ISP）和在應(yīng)用中編程（IAP），編寫和下載程序極為的方便。極小的封裝有效減少了目標板的體積，定時器、中斷、看門狗等功能模塊滿足了溫控器功能的要求。該單片機體積小、功耗低、成本低，完全能滿足溫度控制器的功能需求。

1.2 DS18B20溫度傳感器

DS18B20是美國DALLAS公司生產(chǎn)的，它是一款新型單總線數(shù)字式溫度傳感器，及溫度測量與AD轉(zhuǎn)換為一體，直接輸出數(shù)字量，硬件電路極為簡單[2]。本文采用了兩個DS18B20傳感器，一個用于監(jiān)測室溫一個用于采集設(shè)備的溫度，其連接原理圖如圖2所示。

圖2 DS18B20連接原理圖

DS18B20只有3個管腳，VDD接電源，3V～5V，GND為地；DQ為數(shù)據(jù)的輸入輸出。DQ作為輸出時為漏極開路，必須加4.7 kΩ的上拉電阻[3]，本文采用了10 K的上拉電阻。單片機經(jīng)過單線接口DQ訪問DS18B20的工作流程為：對DS18B20進行初始化，然后發(fā)送ROM指令，再發(fā)送RAM操作指令，等到轉(zhuǎn)換完成即可處理轉(zhuǎn)換結(jié)果。

1.3 時鐘日歷芯片DS12C887

DS12C887芯片也是美國DALLAS公司生產(chǎn)的，能產(chǎn)生世紀、年、月、日、分、秒等信息具有很豐富的功能。DS12C887中自帶有鋰電池，外部掉電時，其內(nèi)部時間信息還能夠保持10年之久，時間的表示可以選二進制或是BCD碼表示，具有可編程方波輸出方式和三種可編程中斷方式[4]，能為系統(tǒng)提供精確的時鐘。DS12C887時鐘芯片能為系統(tǒng)提供精確的時鐘，為溫控器定時功能提供了可靠的保障。DS12C887與STC89C52的連接示意圖如圖3所示。

圖3 DS12C887時鐘芯片與單片機連接原理圖

1.4 數(shù)碼管顯示電路

選用了4位數(shù)碼管顯示當前溫度和設(shè)定溫度值以及定時時間，數(shù)碼管采用了靜態(tài)顯示的方法。選用了74HC573鎖存器鎖存P0口的狀態(tài)，一個用于輸出數(shù)碼管的段碼，一個用于數(shù)碼管的位選[5]，原理圖如圖4所示。需要顯示數(shù)字時，首先單片機置位復(fù)位P0口8個管腳的不同狀態(tài)控制鎖存器的邏輯，用于選定不同的數(shù)碼管段位信息，為了靜態(tài)顯示，應(yīng)用74HC573鎖存器，然后單片機將需要顯示的數(shù)字信息通過P2口進行輸出，高低電平狀態(tài)決定了數(shù)碼管點亮的位，從而顯示出需要的數(shù)字信息。

圖4 數(shù)碼管元件與單片機連接原理圖

1.5 繼電器和蜂鳴器控制

繼電器與蜂鳴器選用了三極管的開關(guān)原理控制繼電器或是蜂鳴器的通與斷，當I/O口輸出低電平時，三極管導(dǎo)通，繼電器或是蜂鳴器置位；當I/O口輸出高電平時三極管截止，繼電器或是蜂鳴器停止工作。I/O口需串接1 kΩ的電阻以起到限流的作用。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)的軟件采用了模塊化思想，根據(jù)溫控器的功能要求，設(shè)計了主函數(shù)、溫度檢測函數(shù)、顯示函數(shù)、定時開關(guān)機函數(shù)、按鍵處理函數(shù)以及紅外解碼函數(shù)。

主函數(shù)的主要任務(wù)是初始化、比較溫度值、調(diào)用子函數(shù)；溫度檢測主要是采集兩個DS18B20的溫度值，并返回轉(zhuǎn)換完成的值；顯示函數(shù)主要是顯示當前溫度值和設(shè)定溫度值，還負責顯示定時設(shè)定的時間和設(shè)備的表面溫度等信息；定時開關(guān)機函數(shù)提供設(shè)定定時時間，并負責系統(tǒng)的定時開機與關(guān)機；按鍵處理及紅外解碼函數(shù)負責檢測按鍵信息以及接收紅外遙控的控制信息，并依據(jù)信息作出處理，包括開關(guān)機、設(shè)定溫度值的調(diào)節(jié)和定時時間的設(shè)置[6]。為了進一步提高系統(tǒng)的執(zhí)行效率和降低系統(tǒng)功耗，子函數(shù)均采用中斷的方式，當不需要該功能模塊時，系統(tǒng)不調(diào)用，只有滿足中斷條件時才對調(diào)用該函數(shù)，這樣可提高軟件系統(tǒng)的運行效率和抗干擾程度，并提供了休眠模式降低系統(tǒng)的功耗。

3 結(jié)論

本文所設(shè)計的智能溫度控制器采用雙溫雙控的原理，可以紅外遙控和手動按鍵控制，可隨時調(diào)節(jié)設(shè)定環(huán)境溫度值和設(shè)備安全上限溫度值，具有定時開關(guān)機的功能。結(jié)構(gòu)簡單、功能強大，系統(tǒng)可靠性高、實時性強，用戶操作方便，具有很強的實用性，能應(yīng)用于各種加熱設(shè)備，具有廣泛的應(yīng)用。