一種數(shù)字式溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計

1．引 言

　　溫度是重要的物理量，溫度的測量和控制，在工業(yè)生產(chǎn)和科研工作中都非常重要。數(shù)字式溫度測量系統(tǒng)的特點是以微處理器為核心，利用微處理器的控制、運算功能，具有智能化的特點。本系統(tǒng)采用數(shù)碼管直接顯示被測溫度值，這種數(shù)字式顯示不僅直觀、測量精度高，而且便于進行自動控制。所以，數(shù)字式溫度測量電路獲得了廣泛的應用。

2．系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　系統(tǒng)如圖1所示，整個系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡單明了、緊湊，性能可靠；不僅適用于水溫控制，且作為加熱源，如加熱爐、電爐應用電子器件，也可適用于工業(yè)環(huán)境溫度的監(jiān)測與控制。采用DS1820作為溫度傳感器，使系統(tǒng)簡單可靠，且易于操作，它的性能突出。

圖1　電路組成框圖
　　以下對各部分主要電路作介紹

2．1　 溫度轉(zhuǎn)換電路

　　這部分電路完成的功能主要是：把非電物理量（溫度量）轉(zhuǎn)換成模擬電信號，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。它的性能的好壞、精確度等直接影響測量以及控制的結(jié)果，因此，這是很重要的部分。 考慮到本設(shè)計的要求，在這里我們采用新型的單片數(shù)字溫度傳感器DS1820，它具有性能好（分辨率為0.5℃，測溫范圍為—50--- +125℃）、體積小、接口簡單（三端元件：一根地線、一根信號線、一根電源線）和使用方便（集成了采樣、物理量/模擬量轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換等功能，直接輸出數(shù)字信號，無需另接任何外圍電路即可方便地構(gòu)成溫度檢測系統(tǒng)）等的優(yōu)點。以下對DS1820芯片介紹。DS1820是美國DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干攏能力強、易配微處理器等優(yōu)點，特別適合于構(gòu)成多點溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供微機處理，而且每片DS1820都有唯一的產(chǎn)品號，并可存入其ROM中，以便在構(gòu)成大型溫度測控系統(tǒng)時在單線上掛接任意多個DS1820芯片。從DS1820讀出或?qū)懭隓S1820信息僅需要一根口線，其讀寫及溫度轉(zhuǎn)換功率來源于數(shù)據(jù)總線，該總線本身也可以向所掛接的DS1820供電，而無需額外電源。DS1820能提供九位溫度讀數(shù)，它無需任何外圍硬件即可方便地構(gòu)成溫度檢測系統(tǒng)。DS1820測量溫度時使用特有的溫度測量技術(shù)。其內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號f0，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號f0當計數(shù)門打開時，DS1820對f0數(shù)，計數(shù)門開通時間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對頻率的非線性予以補償。測量結(jié)果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應為9位(符號占1位)，但因符號位擴展成高8位，故以16位補碼形式讀出，表1給出了溫度和數(shù)字量的關(guān)系。DS1820采用3腳PR－35封裝或8腳SOIC封裝，管腳排列如圖2所示。圖中GND為地，I/O為數(shù)據(jù)輸入/輸出端(即單線總線)，該腳為漏極開路輸出，常態(tài)下呈高電平。 VCC是外部＋5V電源端，不用時應接地。NC為空腳，圖3是它的結(jié)構(gòu)框圖。
表1　DS1820溫度與數(shù)字對應關(guān)系