基于51单片机的多点温度控制系统设计

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Dalias公司的“一线总线”数字化温度传感器DSl8820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；DSl8820；多点温度检测；温度控制系统

    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。

l 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Super-Flash，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DSl8820。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。DSl8820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为外接供电电源输人端。

    DSl8820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DSl8820的地址序列码。光刻ROM的作用是使每一个DSl8820都各不相同，这样就可以实现1根总线上挂接多个DSl8820的目的。
    DSl8820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DSl8820的通信协议，主机控制DSl8820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DSl8820进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500μs，然后释放，DSl8820收到信号后等待16～60μs左右，后发出60～240μs的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。由于DSl8820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 控制执行那分
    (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LCDl2864，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DSl8820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一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DSl8820操作时序的精确性，对DSl8820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KeilC5l进行编写，但由于对DSl8820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：

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。