基于直流PTC熱敏電阻恒溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.3 數(shù)字溫度計(jì)DS18B20　　

DS18B20數(shù)字溫度計(jì)是DALLAS公司生產(chǎn)的1—Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點(diǎn)。測量溫度范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃。DS18B20的精度檢查為±2℃?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性?！　?p style="text-align: left">由于DS18B20采用的是1—Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對AT89C2051單片機(jī)來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對DS18B20芯片的訪問。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備，數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先?！　?p style="text-align: left">3.4 單片機(jī)控制多路繼電器　　

單片機(jī)控制繼電器如圖1所示，圖中只給出一路繼電器的控制電路接法，它占用了單片機(jī)P3口的一位，多路繼電器可通過占用不同引腳實(shí)現(xiàn)，本系統(tǒng)使用P3口的3位控制3路繼電器。PTC熱敏電阻選用直流12V，電壓由開關(guān)電源提供。由于單片機(jī)P3口的驅(qū)動電流是20mA，而繼電器的驅(qū)動對于單片機(jī)來說相當(dāng)于大功率器件的驅(qū)動，必須放大P3口的驅(qū)動電流，而PTC熱敏電阻是采用直流12V電壓供電，可能會對單片機(jī)的工作穩(wěn)定性有影響，因此選用光電耦合器4N33提高P3口的驅(qū)動能力，同時因?yàn)楣怆婑詈掀?N33是應(yīng)用電-光-電的轉(zhuǎn)換形式來放大驅(qū)動電流，這樣隔離了單片機(jī)和繼電器，消除了系統(tǒng)可能潛在的不穩(wěn)定的因素。當(dāng)單片機(jī)P3口接繼電器的引腳給一低電平，則4N33輸入端的發(fā)光二極管導(dǎo)通，輸出端輸出放大電流，驅(qū)動繼電器吸合，使PTC熱敏電阻環(huán)路導(dǎo)通，開始加熱。

PTC熱敏電阻在開始工作的初期有一個沖擊電流，這從它的電流-時間特性(如圖2所示)中可以看出，在經(jīng)過一段時間后電流降到穩(wěn)定工作狀態(tài)，這時的電流很小，大概在0.8～1A，這樣在開始加熱的時候就不能同時打開三路繼電器進(jìn)行加熱，因?yàn)镻TC熱敏電阻的供電電源選擇的是直流12V，12A，如果同時打開三路繼電器，在PTC熱敏電阻的沖擊電流達(dá)到最大值(5.7～7A)時，開關(guān)電源所承受的電流就會超過其額定值，導(dǎo)致電源停止工作甚至毀壞，影響了系統(tǒng)工作的連續(xù)性和可靠性。鑒于這個因素，測定了單片PTC熱敏電阻的電流從其開始工作到達(dá)到最大值的時間S1和從最大值降到4A以下的時間S2，這樣就可以根據(jù)這兩個時間來決定繼電器的開啟?，F(xiàn)設(shè)定三路繼電器分別為1、2、3路，在單片機(jī)上電后就打開第1路繼電器，在經(jīng)過電流由最小值上升到最大值時間S1后再打開第2路繼電器(如果第1路PTC熱敏電阻提供的溫度沒有達(dá)到設(shè)定溫度范圍)，第3路繼電器的開啟同樣要經(jīng)過時間S1。每一路繼電器的開、關(guān)狀態(tài)是由數(shù)字溫度計(jì)DS18B20測定的實(shí)時溫度與設(shè)定溫度的上、下限進(jìn)行比較來決定的，繼電器的開啟先后順序設(shè)定為1、2、3，關(guān)斷先后順序設(shè)定為3、2、1，這些設(shè)定由軟件來實(shí)現(xiàn)?！　?p style="text-align: left">3.5 鍵盤、顯示　　

本系統(tǒng)外設(shè)鍵盤采用了HD7279A鍵盤顯示芯片，由于要顯示系統(tǒng)設(shè)定溫度的上、下限和實(shí)時加熱的溫度，因此只使用HD7279A的鍵盤功能，系統(tǒng)的顯示部分采用LT12864I液晶顯示模塊。系統(tǒng)開始工作的時候，通過鍵盤設(shè)定加熱溫度，數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)，再由單片機(jī)將數(shù)據(jù)送顯示模塊顯示;系統(tǒng)工作的過程中，數(shù)字溫度計(jì)DS18B20測得的實(shí)時溫度值也傳遞給單片機(jī)，再由單片機(jī)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并送顯示模塊顯示?！　?p style="text-align: left">4、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)　　

系統(tǒng)軟件總體流程圖如圖3所示。系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行初始化，對寄存器和I/O端口進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)檢測到按鍵有效信號，讀取按鍵數(shù)據(jù)，傳遞給單片機(jī)并送顯示模塊顯示，鍵盤設(shè)定結(jié)束后置標(biāo)志位，單片機(jī)檢測到此信號后，開啟第1路繼電器進(jìn)行加熱。此時初始化數(shù)字溫度計(jì)DS18B20進(jìn)行溫度測量，并將測得實(shí)時溫度數(shù)據(jù)送單片機(jī)處理，再由顯示模塊顯示。DS18B20每測完一次溫度后，就將實(shí)測溫度值與設(shè)定溫度值的上限和下限進(jìn)行比較，如實(shí)測溫度高于設(shè)定溫度的上限，轉(zhuǎn)到繼電器關(guān)閉處理程序，檢測每一路繼電器的開、關(guān)狀態(tài)，按照第3路、第2路、第1路的順序關(guān)閉繼電器(每執(zhí)行1次關(guān)閉1路繼電器);如實(shí)測溫度低于設(shè)定溫度的下限，轉(zhuǎn)到繼電器開啟處理程序，檢測每一路繼電器的開、關(guān)狀態(tài)，按照第1路、第2路、第3路的順序開啟繼電器(每執(zhí)行1次開啟1路繼電器)。在之后的系統(tǒng)工作中始終循環(huán)測溫～溫度值比較～開啟或者關(guān)閉繼電器這樣的流程，以達(dá)到對加熱區(qū)域溫度恒溫控制的目的。

下面是系統(tǒng)中幾個子程序的流程圖：三路繼電器控制子程序流程圖如圖4。