基于DSl8820的溫控系統(tǒng)冷熱調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)研究深入推進(jìn)，溫度監(jiān)測與控制系統(tǒng)在工業(yè)設(shè)計(jì)、智能儀表、日常家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用越為廣泛，基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的電子產(chǎn)品有著廣闊的應(yīng)用市場和發(fā)展前景。
DSl8820是Dallas公司生產(chǎn)的一款數(shù)字溫度傳感器，超小體積，超低硬件開銷，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，附加功能強(qiáng)。DSl8820的溫度檢測與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出集成于，一個(gè)芯片上，單總線數(shù)據(jù)通信，二進(jìn)制輸出，分辨率最高可達(dá)12位，檢測溫度范圍為-55～+125 ℃，具有限溫報(bào)警功能。同時(shí)，DSl8820內(nèi)置EEPROM、64位光刻ROM，支持多點(diǎn)組網(wǎng)，根據(jù)需要把多個(gè)DSl8820并聯(lián)在唯一的三總線上，便可實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫，便于溫控系統(tǒng)的擴(kuò)展和升級。

1 系統(tǒng)工作原理
為實(shí)現(xiàn)被控對象溫度的冷熱調(diào)節(jié)，所設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)以AT89S51單片機(jī)作為控制核心，包括溫度采樣模塊、溫度顯示模塊、執(zhí)行模塊、過欠溫指示模塊以及小鍵盤等外同電路。系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為12 MHz，采用智能集成化器件DSl8820來監(jiān)測被控對象，將溫度值轉(zhuǎn)換為帶符號的數(shù)字信號，通過單總線輸出，實(shí)現(xiàn)了溫度采集、轉(zhuǎn)換與變送的功能，有利于簡化電路。考慮到單片機(jī)的直流輸出驅(qū)動能力，采用三極管、74LS244和74LS07來驅(qū)動相應(yīng)的外圍集成電路。溫度數(shù)據(jù)通過4個(gè)并行共陽極的LED動態(tài)顯示，并自行搭建小鍵盤來實(shí)現(xiàn)被控對象目標(biāo)溫度的設(shè)定。執(zhí)行模塊利用固態(tài)繼電器SSR進(jìn)行光電隔離，實(shí)現(xiàn)小功率直流電控制220 V交流電通斷，使得控制加熱管通斷、風(fēng)扇啟停的繼電器帶電或失電，并采用大功率的風(fēng)扇和加熱管以實(shí)現(xiàn)有效的溫度冷熱調(diào)節(jié)。系統(tǒng)中采用不同顏色的LED燈指示系統(tǒng)的工作運(yùn)行狀態(tài)，紅色發(fā)光二極管亮表示溫度過高或過低報(bào)警，綠色發(fā)光二極管亮則表示系統(tǒng)工作正常。系統(tǒng)組成如圖1所示。

在核心控制處理模塊AT89S51單片機(jī)中，為了有效抑制從DSl8820傳來的溫度數(shù)字信號的隨機(jī)誤差，提高系統(tǒng)的測量精度和抗干擾性，在AT89S51單片機(jī)的控制程序中加入數(shù)字濾波子程序。數(shù)字濾波平滑處理盡可能消除系統(tǒng)隨機(jī)誤差的影響，從軟件方面提高系統(tǒng)的抗干擾能力。并利用MATIAB對測溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行擬合，從而進(jìn)一步校正測量溫度值，使測量值更逼近精確值。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 電源及溫度顯示模塊
為避免信號之間的串?dāng)_，采用5 V直流電源分別為單片機(jī)、鍵盤、固態(tài)繼電器控制模塊、8段數(shù)碼管供電，并提供上電復(fù)位電壓。同時(shí)為風(fēng)扇和400 W加熱器提供220 V交流電。
溫度顯示模塊采用4個(gè)8段數(shù)碼管顯示溫度。為穩(wěn)定顯示，采用總線延時(shí)的動態(tài)顯示方式。驅(qū)動電路和位選分別由74IS244、74LS07搭建組成。
2．2 小鍵盤模塊
小鍵盤模塊自行搭建，由復(fù)位鍵、確認(rèn)鍵、加1鍵和TAB鍵等4個(gè)按鍵組成。鍵盤電路簡單明了，滿足設(shè)定被控對象目標(biāo)溫度的人機(jī)交互要求。各個(gè)按鍵的功能說明如表1所示。

2．3 溫度數(shù)據(jù)采集
DSl8820采用單總線專用技術(shù)，通過I／O端口線與單片機(jī)相接，無須經(jīng)過其他變換電路便可直接輸出被測溫度值(12位二進(jìn)制數(shù)，含符號位)。其引腳功能分別為：VDD引腳接工作電源，當(dāng)工作于寄生方式時(shí)，此引腳必須接地；DQ引腳用于數(shù)據(jù)輸入／輸出；GND引腳接地。
在該系統(tǒng)中DSl8820與單片機(jī)的接口電路，如圖2所示，VDD經(jīng)1 kΩ的上拉電阻與外部電源相接，GND接地，DQ通過單總線與單片機(jī)P0．0口相連。