基于５１单片机的多点温度控制系统设计

奚建荣

摘 要：针对目前壁挂炉采暖中温度控制不准确的现状，以单片机为控制中心，采用Dallas公司的“一线总线”数字化温度传感器DS18B20以及脉冲控制器件，设计一款多点测温及温度控制系统；系统能够同时测量多点温度，并根据温度设定实时控制各回路通断及壁挂炉的燃烧与停止，从而进一步提高居室的舒适性及采暖系统的经济性。

关键词：51单片机；DS18B20；多点温度检测；温度控制系统

中图分类号：TP274文献标识码：B

文章编号：1004 373X(2009)02 186 03

Multi－point Temperature Control System Based on 51 Single Chip Computer

XI Jianrong

(Weinan Teachers University,Weinan,714000,China)

Abstract：A multi－point temperature control system based on MCS－51 single chip computer is designed to solve the inaccurate problem of current temperature control system.Using DS18B20,"1－Wire" digital thermometer,and the component controlled by electric pulse.According to the temperatures got from multi－pointtemperature sensor,it can control heating water circuit and the burning or shutting of the stove.It makesthe room more comfortable and enhances the efficiency of the heating system.

Keywords：single chip computer；DS18B20；multi－point temperature measurement；temperature control system

随着生活水平的提高，人们对家居需求由面积需求变为舒适需求。地板采暖采用辐射方式供暖，符合人体生理需求曲线，如果控制系统选取得当，不仅可以提高房间舒适度，更可以使系统运行费用降低许多。如今一般是在典型位置安装一个温控装置，温控装置连接到壁挂炉，温控器根据室温和温度设定直接控制锅炉运行，各房间不同回路由工作人员凭经验手动调节分水器球阀，改变不同回路的流量，从而达到调节各房间的室温的效果。使用这种控制方法，即使是有经验的工作人员，也难以调节得十分准确，何况各家庭成员由于年龄不同，所需舒适温度不同，需要经常对室温进行调节。

针对以上问题，利用SST89E564RC单片机及新型测温器件设计了多点温控采暖控制系统，根据室内各点温度设定实时控制采暖系统，从而提高居室的舒适性以及采暖的经济性。

1 系统设计目标

系统总体设计思想是以SST89E564RC单片机为控制核心，整个系统硬件部分包括温度检测部分、控制执行部分、显示及键盘系统及最小系统基本电路。系统利用单片机获得温度传感器数据并与系统设计值进行比较，根据比较结果分别控制执行系统。温度控制系统控制框图如图1所示。

2 系统硬件设计

根据系统所需完成的功能，设计系统硬件结构如图2所示。

2.1 控制核心

系统采用SST89E564RC单片机作为控制核心，进行温度采集、信息显示及执行机构的控制。SST89E564RC是美国SST公司推出的高可靠、小扇区结构的FLASH单片机，内部嵌入72 KB的SuperFlash，1 KB的RAM，通过对其RAM做进一步扩展，可满足嵌入系统操作系统的运行条件。

2.2 温度传感器

温度传感器采用Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS18B20。该传感器支持 “一线总线”接口，可方便地进行多点温度测量，还可以程序设定9~12位的分辨率，最高精度为±0.062 5 ℃，分辨率设定及用户设定的报警温度存储在E2PROM中，掉电后依然保存。该产品支持3~5.5 V的电压范围，因其体积小使系统设计更灵活、方便。

DS18B20的管脚排列如图3所示，其中DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端。

DS18B20内部结构主要由4部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。

光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现1根总线上挂接多个DS18B20的目的。

DS18B20温度传感器的内部存储器包括9 B高速暂存RAM和1 B非易失性的可电擦除的E2PROM，后者存放高温度和低温度触发器TH，TL和结构寄存器，该字节第7位（TM）为0，低5位一直都是1，第6，5位（R₁，R₀）用来设置分辨率，如表1所示。

根据DS18B20的通信协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过3个步骤：每一次读写之前都要对其进行复位，复位成功后发送1条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500 μs，然后释放，DS18B20收到信号后等待16～60 μs左右，后发出60～240 μs的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。由于DS18B20采用的是单线进行控制与读取数据，因此对操作的时序要求非常严格，否则由于时序不匹配，将无法完成对器件的正确操作。

2.3 控制执行部分

（1） 壁挂炉燃烧系统控制。

控制电路采用了脉冲继电器器件作为整个系统的总控部分，当所有居室温度均达到设定值时，停止壁挂炉的工作。该继电器的特点是：当线圈收到一个脉冲信号后，线圈通电，电磁铁吸合，带动触头闭合接通需要控制的电路，当下一个信号到来后，电磁铁吸合，触头断开，切断被控制的电源，因此其具有自锁和信号遥控功能。由于磁铁的作用，控制脉冲消失后滑片位置不发生变化，保持稳定状态，所以该器件具有功耗小、具有记忆功能。

（2） 居室温度控制。

各居室温度控制在燃烧控制系统工作前提下，根据各居室温度测量返回值，采用上海欧凯电磁阀制造有限公司生产的OK6515自保持脉冲电磁阀控制各回路的通断。脉冲电磁阀采用脉冲和永磁技术，只需通过控制器切换脉冲的电极触点来改变电磁阀的开关状态，当控制器发出电脉冲时，驱动阀芯克服永磁力产生上下移，使阀瓣到位后在永磁作用下处于自保持状态。

2.4 图形液晶显示模块

为了能够提供形象直观的用户显示界面，系统采用图形液晶显示模块LCD12864，其具有8位标准数据总线、6条控制线及电源线，可与CPU直接接口，显示各种字符及图形。考虑到系统中汉字的使用量少，因此选用不带汉字库的LCD。对于使用的汉字分别提取其字模并以二进制形式保存于内部FLASHROM中。

3 系统软件设计

系统软件设计主要依据系统程序流程以及DS18B20的时序要求进行代码编写。为了降低开

发难度，提高开发效率，系统开发中引入了μC/OS－Ⅱ嵌入式操作系统并移植了LCD显示驱动。另一方面，为了确保对DS18B20操作时序的精确性，对DS18B20进行初始化和读写代码仍采用汇编语言。

3.1 系统数据结构

系统所需数据结构包括各测温元件的序列号表，汉字字模存储、系统运行时间表存储、各温控点的设定值及测量值、系统时间的存放及一些临时数据存储。

为了区别多个温度传感器，在系统初始化时读入传感器中的64位序列号，并将其存入程序存储空间，以便程序运行期间进行比对，共需64 B。

汉字字模采用16×16字库进行提取，其中每个汉字需32 B，约15个字，为了方便程序功能的升级改进，在程序存储空间中按20个字进行空间分配，需要存储空间640 B。

系统运行时间表的设计以小时为设置单位，需要保存24个值；为了减少时间比较过程中的数据计算量以及方便编程，对每个值采用一个字节存储，这里共需24 B存储空间，这里仍然使用程序存储空间进行存储，以便在系统掉电时设定值不会丢失。

3.2 系统程序设计

系统程序设计主要使用KeilC51进行编写，但由于对DS18B20器件的读写时序要求比较严格，故采用汇编代码，其中温度读取子程序主要代码如下：

GET_TEM:…

MOV DPTR,DS_TABLE ；指向器件序号表入口

LOOP: MOV R7,7；逐个读取温度

MOVA,#055H ；ROM匹配

LCALL WRITE_SERIAL

LCALLDELAY

MOV A,#44H ；发出温度转换命令

LCALL WRITE_1820

LCALL DELAY ；延时750 μs（12位）

LCALL INIT_1820 ；准备读温度前先复位

LCALLDELAY

LCALLWRITE_1820

MOV A,#0BEH ；发出读温度命令

LCALL WRITE_1820

LCALL READ_18200；保存读出的温度数据

DJNZ R7,LOOP

CLR P1.4

RET

4 结 语

微型计算机在智能化电器发展中起着至关重要的作用，而单片机经济实用、开发简便，因而在工业控制、家电智能化等领域占据了广泛的市场。这里针对目前温度控制器现状设计了一种新方案，利用单片机及新型测温器件设计了一种多点温控采暖控制系统，该系统能够同时测量多点温度，并根据温度设定实时控制各回路通断及壁挂炉的燃烧与停止，从而进一步提高居室的舒适性以及采暖系统的经济性。

参考文献

［1］胡学海．单片机原理及应用系统设计．北京：电子工业出版社，2007.

［2］张鑫．单片机原理及应用．北京：电子工业出版社，2005.

［3］Jean J Labrosse.嵌入式实时操作系统μCOS－Ⅱ.2版.邵贝贝，译．北京：北京航空航天大学出版社，2003.

［4］杨屹．μCOS51 移植心得．http://blog.21ic.com/user1/2563/archives/2007/39152.html.

［5］徐卓农，张永忠．单片机系统中的汉字显示．单片机与嵌入式系统应用，2001(7):132－136.

［6］傅勤毅，李海浪．单片机与液晶显示器的接口及应用．今日电子，2005(6):70－72.

［7］佚名.数字温度传感器DS18B20资料［EB/OL］．http://www.picavr.com/news/2008－02/4189.htm，2008.

［8］Dallas．DS18B20.pdf ［EB/OL］．http://cn.datasheet123.com/215746/DS18B20.html，2008

［9］马忠梅,籍顺心,张凯，等．单片机的C语言应用程序设计 ［M］．4版.北京：北京航空航天大学出版社，2007.

［10］张齐．单片机应用系统设计技术基于C语言［M］．北京：电子工业出版社，2004.