基于单片机的温控装置系统

摘　要：近年来，在很多电子产品中都使用到了应用单片机的温度控制装置。笔者就基于单片机的温控系统来浅述其应用。

关键词：单片机；恒温系统；应用
　　前言：单片机是单片微型计算机的简称，它是随着超大规模集成电路设计的发展而诞生的。它具有体积小，功能性强大，性价比高等优点，因而它也广泛应用于电子类的仪表、家用电器、机器人、农业，工业化生产等等领域。因此可以说单片机的应用使得产品的功能更加提高，成本更加降低等一系列优点。
　　温度作为我们日常生产生活中的最基本的物理量，自然界中的任何物理变化，化学变化过程都跟温度紧密相连。并且在很多的生产过程中，温度测控直接影响着生产是否安全化，生产效率的高低，生活的质量问题甚至是能与经济指标直接挂钩。因此在温度的测控问题上我国一直在不断探索研究中，并不断革新技术特别是将单片机应用到温度测控系统中，希望能够有更好的发展。
一、基于89C52的单片机供暖的智能温控系统
　　我国的北方居民到了冬季大多都使用电热供暖设备。下文就是针对小区域内所需求的供暖量结合单片机技术的温控装置。
　　该温控装置主要有这些硬件组成： 89C52单片机。DS18820传感器、时钟芯片PCF8583、RS485、看门狗电路、键盘输入组成。下文就来简要说明该装置的基本组成部分：
　　（1）温度传感器（DS18820）：DS18B20它仅有一个引脚用于接收，能够提供9到12位的数字测温结果，除此之外还具有温度上限下线的报警功能。并且该传感器的测温范围是零下五十五摄氏度到一百二十八摄氏度。更需要提到的一点是它可以不需要外部供电就从数据线上直接获取电能。每个传感器都拥有自己的串行码，并且能够允许多个同一型号的该传感器在同一总线上运行；因此只需要用单片机的一条口线就能够监控大部分区域内的多个温度状况。该传感器采用的是TO-92封装，引脚为三个，分别为脚1（GND地）；脚2（QD数据输入输出的引脚）；脚3（VDD正极电源）连接构成。
　　该传感器的数据总线需要一个4.7K的上拉电阻。而该传感器采用的是严格的单线协议，当有要进入该传感器的信号时都会按照这些步骤进行：初始化→ROM指令→DS18B20功能指令，这样的顺序进行读取，否则该传感器将不予以回应。初始化时，主控单片机的数据总线将不低于480us进行复位脉冲的传送，主机将总线释放过后，当传感器检测到信号入了上升沿时，它将等待15到60us后将总线拉低60到240us发送一个存在的脉冲，而此时主机同该传感器的信号联系才真正建立起来。
    因此该温控装置系统仅仅是使用了一个DS18B20传感器，并采用的是默认的12位温度的测量结果，它的精确温度是0.0625°C。因此该智能温控装置系统仅需要一个ROM命令，两个传感器功能命令，它们的命令口令分别为：0xCC（跳过ROM）;0x44（温度开始变化）；0xBE（读取暂存器）
　　（2）时间芯片PCF8583：该智能温装置中的时钟芯片选取了PCF8583。该时钟芯片通过I2C接口和单片机进行通讯连接，内部除了包含了16个特殊功能寄存器外，还有240个自由的RAM区提供使用，向这些RAM区写入的数据能够在不断电的情况下持续存在，所以就讲使用者设置的温度限定范围暂存于PCF8583的自由RAM区域内，并使用了一个3.6V的锂电池作为备用。如图所示在一起工作区间PCF8583由电源经锗二极管供电（IN5819）在供电的同时又能够给一起进行充电，PCF8583由电池经过1K电阻供电，从而保证时间以及用户设置的参数都不会遗失。
　　（3）过零检测电路：该电路就是用于检测220V市电的过零点，当市电经过变压器T1之后，就变成了9V/50Hz的交流电，当该转换后的交流电通过整流桥B3整流之后，变城了100Hz的直流脉冲电压，然后送入电压比较器LM339，LM339将过零点周边的输入信号转换成低电平送入单片机外进行中断。这样一来单片机就能根据该信号来计算可控硅的导通角的具体位置，从而来实现对其控制性。在该系统装置中采用的是随机触发型的可控硅，上电过程可控硅的导通角由0°直至360°，其中历时10s，而后一直处于导通的状态。
　　（4）可控硅电路：60A的随机触发可控硅是可控硅电路的中心点，它的控制电压在3到16V之间，当P1.6为低电平的时候，可控硅就导通了，但当P1.6发出了一个低电平脉冲的时候，可控硅在P1.6发出低电平脉冲时也会导通，而在市电220V过零时截止。所以说通过准确的计算并且控制P1.6发出的低电平脉冲的时间，就能够控制加在加热体上的市电导通角。
　　（5）看门狗电路：就是MAX813L作为看门狗电路。也就是说如果MAX813L的WDI端口在1.6s内都没有触发信号的话，那么单片机的RESET端就会产生复位脉冲，以此来重新启动系统再次工作，即：在主程序里置位，然后在子程序里清零。
    （6）RS485通讯电路：智能的温控系统留有RS485接口，有利于实现对多个智能温控仪的联网监控。RS485接口电路如图所示，它采用的双工通讯的方式，而单片机的P1.7用于控制收发的转换。
　　具体在软件实现方面是由C语言进行编写，基本流程如下：参数初始化、PCF8583RAM区数据的读写、开启关闭时间的判断、控制时间段的选择、对选出段的温度上下限判断、键盘处理、通讯处理等．
二、基于AT89C51单片机的风扇温度控制系统
　　单片机还应用于风扇的温度控制当中。基本上是以AT89C51单片机为基准的智能控制系统。它的系统的外围电路主要由：键盘输入、外界温度检测、点击控制以及温度显示这四个部分组成，当然其中中央处理器是核心器件。之所以会采用AT89C51是因为，它内部已经包含了定时器，以及程序存储器，和数据存储器这些功能，非常符合整个控制系统的性能要求，因此也不存在要外接其他芯片的必要，电机的调速部分通过单片机来控制可控硅的导通角来调节风扇的输入电压，以及由此来实现风扇的变速调节。该系统采用的是DS18B20传感器，该传感器直接将测量的温度转成数字形式提交给单片机，然后单片机根据收到的数字进行相应的对电机的转速控制工作，但工作时必须要严格的遵照单片机总线器件的工作时序进行。
　　（1）DS18B20的工作时序：首先单片机要发射出一个复位脉冲，使传感器复位。将数据线拉低，然后再将数据线进行释放。再由上拉电阻拉高，后再由DS18B20发出低电平信号作为应答。然后单片机对该传感器写数据。再将数据线拉低，再写入数据。直 到写入的数据有所变化后。传感器对数据线进行采用，然后在工作时要求主机写入数据到传感器这其中有一个时间范围再此就不多做描述了。
　　（2）单片机读DSl8820数据：单片机会先将数据拉低，然后再释放。DS18B20在数据线上从高电平跳低之后又在短时间内将数据输送到数据线上。再由单片机立刻读取数据。
　　利用传感器和单片机能够对风扇调速系统进行一次彻底的人性化的改造设计，使其能够根据周围的环境温度的变化来自动调整风速，可以说全面地实现了风扇转速的自动化控制，因此在实际应用方面的价值颇高。
总结：综上所述，本文简单介绍了基于单片机的两个温度控制系统，相信伴随着计算机和自动控制技术水平的越来越提高，以单片机为核心的温控技术也会得到极大的发展，且应用越来越广泛。
参考文献：
[1]张陪仁.MCS-51单片机原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2003.
[2]李朝青．单片机原理及接口技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2005．