基于SN8P2604单片机和DS18B20的多路温度测控系统

2010-02-23张攀峰

陕西科技大学学报 2010年3期

张攀峰

(陕西科技大学电气与信息工程学院，陕西西安 710021)

0 引言

温度是工业对象中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各类工业中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉和锅炉中的温度进行检测和控制.由于工艺和所需要的温度高低不同，所采用的测温元件和测温方法也不同，另外加热方式和燃料的异同也影响着控制温度的精度和控制方案.传统的温度控制系统大多有两种采集温度的方法：一种是采用模拟式温度传感器比如AD590，这使得硬件电路复杂化，而且必须要经过A/D模块.另一种是采用RC测温，即采用热敏电阻和电容的组合来测温，这种方法精度不是很高.DS18B20是一种新型的one-wire数字式温度传感器，它集温度测量和A/D转换于一体，其测温精度最高可达到0.062 5 ℃，最重要的是它的单总线结构使得它和单片机的连接只需用到一个I/O口，而且单总线上可以挂接多个DS18B20器件，通过匹配其64位ROM地址，能够很容易地完成多点测温[1].

本系统以SN8P2604单片机为核心，与3个DS18B20相连，分别测量3个点的实时温度,一方面通过LED显示当前温度值，另外一方面与红外遥控按键设定的温度值进行比较、运算，根据结果发出相应的控制指令去控制执行机构.

图1 系统总体结构框图

1 硬件设计

1.1 总体设计

由于采用了数字式温度传感器DS18B20，可以直接和单片机进行连接，所以硬件电路简单，实现方便，其硬件电路总体框图如图1所示.

1.2 SN8P2604单片机

SONIX系列微控制器，采用SONIX自主研发的8位CPU内核，它以这一内核为中心集成了不同规模的ROM、RAM存储器和各种功能丰富的外设部件.根据集成片内存储器的大小及外设的不同，SONIX微控制器派生出不同系列和型号的产品，以适应不同的应用场合，这样无疑会使每一种产品具有更低的成本、更多的功能和更强的市场竞争力.在本系统中，选用其中的SN8P2604为控制器，SN8P2604单片机是SONIX公司最新推出的高速低功耗8位微控器，它采用低功耗CMOS设计工艺及高性能的RISC架构，具有优异的抗干扰、低成本、低功耗性能，SN8P2604引脚配置如图2所示[2].

图2 SN8P2604引脚

1.3 DS18B20温度传感器

DS18B20是DALLAS公司生产的单总线式数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配处理器等优点，特别适用于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号(提供9位二进制数字)给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片.它具有3引脚PR-35小体积封装形式，温度测量范围为-55～+125 ℃，可编程为9～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.062 5 ℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生，多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与多个DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路，以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统[3].

在本系统中，测温电路采用外部VDD供电的方式，在单总线上挂接多个DS18B20.电路如图3所示：

图3 测温电路图4 电机控制

图5 报警模块

1.4 电机控制及报警模块[4]

考虑到电机运行时需要比较大的电流，所以选用机械触点式继电器而没有选择可控硅(可控硅不能通过大的电流)，三极管S8050D用作开关三极管，当P1.5输出高电平时三极管导通，继电器吸合，电机启动；当P1.5输出低电平时三极管截止，继电器断开，电机停止，如图4所示.

图6 HS5104遥控发射器连接图

实现单频音报警的接口电路比较简单，其发音元件通常可采用压电蜂鸣器，在蜂鸣器两引脚上加3～15 V直流工作电压就能产生3 kHz左右的蜂鸣振荡音响.压电式蜂鸣器结构简单、耗电少，更适于在单片机系统中应用,其工作时约需10 mA的驱动电流，可在某端口接上一只三极管和电阻组成的驱动电路来驱动，如图5所示.在图中，P1.3接三极管基极输入端，当P1.3输出低电平“0”时，三极管导通，蜂鸣器的通电而发音;当P0.3输出高电平“1”时，三极管截止，蜂鸣器停止发音.

1.5 红外遥控键盘

为了方便对温度的设定，系统可以使用机械按键和红外遥控按键分别对系统进行操作，在此主要介绍红外遥控按键.

图7 红外接收模块

1.5.1 HS5104 红外遥控编码发射器

HS5104采用38 kHz载波红外信号编码发射输出，具有定向性好、抗干扰能力强、遥控距离远的特点.HS5104具有8个输入通道和2 个用户码设置键，因此，它有32 种不同的组合，可产生32 种不同的编码输出供用户选择，具有功能强大的特点,且采用先进的CMOS 工艺，工作电压范围较宽，此外设计了防静电(ESD)电路，具有安全可靠的特点,如图6所示.

1.5.2 红外接收模块

本设计的红外接收模块用一个红外接收管接收红外控制信号，并送入单片机处理，单片机用125μs定时中断来解码，解码后产生相应的动作,其电路图如图7所示.

图8 主程序流程图

2 软件设计

硬件设计完成后，根据硬件计算出各器件的地址进行编程，其程序包括键盘处理、数据采集、显示、报警和数据处理子程序，其程序流程图如图8所示.

3 总体调试

软件和硬件做好后，接下来要进行软件和硬件的调试.单片机最小系统由复位键和晶振电路组成(sonix系列单片机内部含有看门狗电路)，晶振采用外部4 MHz晶振，经内部分频电路为4分频，所以MCU的频率是1 MHz，这种情况下除过JMP指令，其他所有指令的执行时间都为1μs(JMP指令2μs)，复位电路提供上电复位和按键复位两种复位方式.各电路模块焊接好电路并用万用表检查焊接无误后，把软件生成的.SN8文件烧入单片机，插电后测试，电路的测温功能、报警功能、控制功能均良好，测试时的实物图如图9、图10所示.