Abstract：In this article, the whole design process of temperature control system is described．The system constitutes frame diagram、hardware circuit、main chip function and working principle are given. All of software flow chart are listed．

Keyword：temperature; control; hardware; software

1．引 言

　　温度是重要的物理量，温度的测量和控制，在工业生产和科研工作中都非常重要。数字式温度测量系统的特点是以微处理器为核心，利用微处理器的控制、运算功能，具有智能化的特点。本系统采用数码管直接显示被测温度值，这种数字式显示不仅直观、测量精度高，而且便于进行自动控制。所以，数字式温度测量电路获得了广泛的应用。

2．系统硬件设计

　　系统如图1所示，整个系统电路结构简单明了、紧凑，性能可靠；不仅适用于水温控制，且作为加热源，如加热炉、电炉应用电子器件，也可适用于工业环境温度的监测与控制。采用DS1820作为温度传感器，使系统简单可靠，且易于操作，它的性能突出。

图1　电路组成框图
　　以下对各部分主要电路作介绍

2．1　 温度转换电路

　　这部分电路完成的功能主要是：把非电物理量（温度量）转换成模拟电信号，再经A/D转换为数字量。它的性能的好坏、精确度等直接影响测量以及控制的结果，因此，这是很重要的部分。 考虑到本设计的要求，在这里我们采用新型的单片数字温度传感器DS1820，它具有性能好（分辨率为0.5℃，测温范围为—50--- +125℃）、体积小、接口简单（三端元件：一根地线、一根信号线、一根电源线）和使用方便（集成了采样、物理量/模拟量转换、A/D转换等功能，直接输出数字信号，无需另接任何外围电路即可方便地构成温度检测系统）等的优点。以下对DS1820芯片介绍。DS1820是美国DALLAS公司生产的单线数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干拢能力强、易配微处理器等优点，特别适合于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理，而且每片DS1820都有唯一的产品号，并可存入其ROM中，以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂接任意多个DS1820芯片。从DS1820读出或写入DS1820信息仅需要一根口线，其读写及温度转换功率来源于数据总线，该总线本身也可以向所挂接的DS1820供电，而无需额外电源。DS1820能提供九位温度读数，它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统。DS1820测量温度时使用特有的温度测量技术。其内部的低温度系数振荡器能产生稳定的频率信号f0，高温度系数振荡器则将被测温度转换成频率信号f0当计数门打开时，DS1820对f0数，计数门开通时间由高温度系数振荡器决定。芯片内部还有斜率累加器，可对频率的非线性予以补偿。测量结果存入温度寄存器中。一般情况下的温度值应为9位(符号占1位)，但因符号位扩展成高8位，故以16位补码形式读出，表1给出了温度和数字量的关系。DS1820采用3脚PR－35封装或8脚SOIC封装，管脚排列如图2所示。图中GND为地，I/O为数据输入/输出端(即单线总线)，该脚为漏极开路输出，常态下呈高电平。 VCC是外部＋5V电源端，不用时应接地。NC为空脚，图3是它的结构框图。
表1　DS1820温度与数字对应关系

2．2　AT89C52单片机简介

　　本设计采用AT89C52单片机作为控制机构的核心。AT89C52 是一种低功耗、高性能的CMOS型 8位微型计算机。它带有8K Flash 可编程和擦除的只读存储器（EPROM），该器件采用ATMEL的高密度非易失性存储器技术制造，与工业上标准的80C51和82C52的指令系统及引脚兼容，片内Flash 集成在一个芯片上，可用于解决复杂的问题，且成本较低。AT89C52提供了8K字节Flash ，256字节RAM，32线I/O口，3个16位定时/计数器，6向量两极中断，一个双工串行口，具有片内自激振荡器和时钟电路等标准功能。此外，AT89C52设有静态逻辑，用于运行到零频率，并支持软件选择的节电运行方式和空闲方式使CPU停止工作，而允许RAM、定时/计数器、串行口和中断系统继续工作。在掉电方式下，片内振荡器停止工作，由于时钟被冻结，一切功能都停止，只有片内RAM的内容被保存，直到硬件复位才恢复正常工作。

2．3　 Moc3041芯片

　　MOC3041芯片是Motorola 公司推出的单片集成可控硅驱动器件，这是一种集成的带有光耦合的双向可控硅驱动电路。它内部集成了发光二极管、双向可控硅和过零触发电路器件。它的内部结构和外部引脚如图4所示。它由输入和输出两部分组成。输入部分是一个砷化镓发光二极管，在5~15mA正向电流的作用下发出足够强度的红外光去触发输出部分。输出部分包括一个硅光敏双向可控硅和过零触发器。在红外线的作用下，双向可控硅可双向导通，与过零触发器一起输出同步触发脉冲，去控制执行机构——外部的双向可控硅TLC336A。

图4　 MOC3041内部结构和外部引脚图

2．4　其它电路介绍

　　（1）报警部分：显示报警的有电源状态、加热状态、保温状态和上档状态4个，只需在单片机（AT89C52）的P1.4—P1.7分别接上4只发光二极管，单片机（AT89C52）即可根据不同的情况输出相应的状态。因而，报警部分是非常简单的：只需4只发光二极管就可以了。
　　（2）显示部分：这部分也很简单：4个显示器采用七段数码管做显示；而两块锁存驱动芯片74LS374也很普通，一块用来锁存驱动段控口，一块用来驱动位选口。
　　（3）应用部分：可以采用加热器（电热炉等），或直接用于烤箱等，可根据不同的需要采用不同的电子仪器。系统总的电路图如图5所示。

图5　系统总电路图

3． 系统软件设计

　　软件采用模块化设计方式，将各个功能分成独立的模块，由系统和监控程序一起管理执行。本装置的软件包括主程序、键盘处理子程序、显示子程序、温度设定子程序以及有关DS1820的程序（初始化子程序、写程序和读程序等）。
　　主程序完成的功能是：启动DS1820测量温度，将测量温度与给定值比较，若TX≤TL，则进入加热阶段，置P3.1为低电平。在该过程中继续对所需测量的温度进行监测，当TX≥TH时，置P3.1为高电平，断开可控硅，关闭加热器，等待下一次的启动命令。全部的工作软件流程图情况如下：

图6 总流程图　　　　　　　　　　　　　　　 图7 显示子程序（DISPLAY）

图8　自检子程序（ZIJIAN）　　　　　图9　温度范围确定子程序（TESTRANGE）

图10　 转换TH（TURNTH）子程序　　　 图11 读取温度子程序（GET_TEMP）

图12　传送温度子程序（SETTHTTL） 图13　读上下限温度子程序（READTHTL）

图14　 键功能程序（KEY）


4．结 束 语

　　该温度控制系统采用了一些较新的芯片和较先进的设计方法，电路工作性能稳定，反应快、控制功能强。经过一段时间的实用，效果良好，它可以大批量的生产，广泛被使用。

参 考 文 献

1．孙江宏、李玉良：电路设计与应用[M]　北京：机械工业出版社 2001.2
2．金庆发： 传感器技术与应用[M]　北京：机械工业出版社　 2002.1
3．何立民：MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术[M]　北京： 北京航空航天大学出版社　 1990
4．余永权：FLASH单片机原理及应用[M]　北京： 电子工业出版社　 1997

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