基于單片機_溫度傳感器的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、- - /2011.09/基于單片機、溫度傳感器的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計西安工程大學(xué)電信學(xué)院劉曉春【摘要】 在溫度檢測系統(tǒng)中,感應(yīng)溫度部分的元件是一般是金屬熱電阻、熱電偶或者PN結(jié),但這些測溫元件所要配的測量電路較為復(fù)雜。感應(yīng)出來的信號 是模擬量,需要經(jīng)采樣保持電路后再進行A/D轉(zhuǎn)換。才能送入單片機進行處理,但是由于這樣的電路硬件復(fù)雜、精度不高、易受外界干擾。本文采用DS18B20溫度 傳感器,它是一種可編程的溫度傳感器,內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換電路,可與單片機直接連接,使單片機外圍電路簡單,比傳統(tǒng)的溫度測量精度高,應(yīng)用場合廣?！娟P(guān)鍵詞】 單片機(89C51;自動控制;溫度傳感器(DS18B20;

2、信號引言水溫測量模塊用于測量器皿中水的溫 度。系統(tǒng)需要利用測溫傳感器檢測出水的 實時溫度,是控制模塊做出正確的反應(yīng), 控制水的溫度,對于測溫傳感器本文選擇 DS18B20單總線可編程溫度傳感器,來實 現(xiàn)對溫度的采集和轉(zhuǎn)換,大大簡化了電路 的復(fù)雜度?？刂破鞑糠直疚牟捎?1系列的 89C51作為系統(tǒng)的控制器。單片機算術(shù)運 算功能強,軟件編程靈活,自由度大,可用軟件編程實現(xiàn)各種算法,并且具有功 耗低,體積小,技術(shù)成熟,成本低廉等有 點,使其在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。1.系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分為:DS18B20模塊, 顯示模塊,繼電器模塊,鍵盤輸入模塊, DS18B20可以被編程,所以箭頭是雙向 的,

3、89C51首先寫入命令給DS18B20,然后 DS18B20開始轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)換后通過89C51來處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果就顯示到數(shù)碼管上,模塊如圖1所示。本系統(tǒng)的執(zhí)行方法是循環(huán)查詢執(zhí)行 的,鍵盤掃描也是用循環(huán)查詢的辦法,由 于本系統(tǒng)對實時性要求不是很高,所以沒 有用到中斷方式來處理,系統(tǒng)模塊如圖2所示。2.溫度處理模塊2.1 溫度傳感器DS18B20DS18B20與單片機的連接電路簡單, 如圖5,與單片機的數(shù)據(jù)通信采用串行通 信已完成其對溫度信息的采集與轉(zhuǎn)換。DSl8B20的外觀及引腳如圖4,有3個引 腳。VDD接電源,電壓范圍為3.0v5.5V, 它的供電方式有2種,一個是通過數(shù)據(jù)線 供電

4、,一個是加外電源。GND為接地線。DQ為數(shù)據(jù)線,通過小電阻與單片機連接, 進行數(shù)據(jù)通訊。數(shù)據(jù)可輸入亦可輸出。2.2 溫度轉(zhuǎn)換算法及分析因為DS18B20的溫度存儲單元中的代 碼不是實際的攝氏溫度值,所以讀出的數(shù) 據(jù)要進行轉(zhuǎn)換處理,因為精度是0.0625, 所以我們只需要將其轉(zhuǎn)換成十進制再乘0.0625便可得到溫度值。由于它可以測負 溫度,所以再進行換算時首先要判斷是正 溫度還是負溫度,存儲單元的高五位的值 決定了溫度的正負,若全為1則是負溫度 反之則為正溫度。低4位存放的是溫度的小 數(shù)部分,本設(shè)計采用精度為0.1,所以處 理時將低四位乘0.0625后進行小數(shù)舍入保留一位。中間7位為溫度的整數(shù)部

5、分。 圖1 模塊圖 圖2 系統(tǒng)各模塊之間工作順序 圖3 DS18B20管腳圖 圖4 DS18B20模塊的接口 圖5 繼電器接口模塊圖6 總體流程圖 3.鍵盤模塊我們采用四個獨立鍵盤,分別是:S1, S2,S3,S4。4.繼電器模塊圖5是 一個 蜂 鳴 器 和一 個 繼電 器的 圖,我們只用到了繼電器的圖,繼電器和 單片機的P1.3口進行通訊。繼電器用于控 制加熱器的導(dǎo)通與關(guān)閉,其導(dǎo)通與關(guān)閉時 間由單片機控制,從而維持水溫的平衡。 如圖7所示,繼電器與單片機的P3.7口連 接,當(dāng)P3.7口輸出一個低電平的時候,繼電器上電導(dǎo)通,開關(guān)打下,加熱器件導(dǎo)通開始加熱。5.顯示模塊顯示模塊采用動態(tài)顯示數(shù)碼管

6、,我們用到前面四個數(shù)碼管,P0口是送字符的,P2口是用來位選數(shù)碼管的。6.軟件設(shè)計說明本系統(tǒng)采用的是循環(huán)查詢方式,來顯示和控制溫度的?？傮w流程圖如6所示。參考文獻1江力.單片機原理與應(yīng)用技術(shù)M.清華大學(xué)出版社. 2王兆月,等編著.微型計算機接口技術(shù)M.機械工業(yè) 出版社.3江曉安,等編著.數(shù)字電子技術(shù)M.西安電子科技大 學(xué)出版社.4DS18B20官方文檔OL.DS18B20官方英文站點下載. 5宋悅孝.電子測量與儀器M.電子工業(yè)出版社. 6文代瓊.智能水溫控制系統(tǒng)設(shè)計J.宜賓學(xué)院學(xué)報, 2007.作者簡介:劉曉春(1982,女,陜西渭南 人,西安工程大學(xué)控制工程專業(yè)在職研究生,研究 方向:自動控

7、制系統(tǒng)的設(shè)計。(上接第19頁枯竭、無污染、不受地域資源限的優(yōu)勢正 在迅速推廣使用。據(jù)有關(guān)資料預(yù)測,到 2060年,世界電力能源消耗的一半將來源 于可再生能源發(fā)電。在可再生資源中,風(fēng)能是最重要的組 成部分。全球風(fēng)能資源豐富,據(jù)統(tǒng)計,全 球風(fēng)能潛力能占到當(dāng)前全球用電量的5倍 之多。同時,利用風(fēng)能發(fā)電無污染,能降 低全球二氧化碳排放量歐洲,再次,風(fēng)能 發(fā)電施工占地少,周期短,投資靈活,具 有較好的經(jīng)濟效益和社會效益?，F(xiàn)代電力 電子技術(shù)以及變頻調(diào)速技術(shù)的迅速發(fā)展, 在風(fēng)力發(fā)電中的得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前 的風(fēng)電機組已經(jīng)成為結(jié)合了先進的空氣動 力學(xué)、機械制造、電子技術(shù)、微機控制技 術(shù)的高科技產(chǎn)品,而風(fēng)力發(fā)

8、電系統(tǒng)中不可 或缺的重要組成部分就是高科技的電力電 子技術(shù),電力電子技術(shù)對于風(fēng)電機組的控 制、電能的轉(zhuǎn)換、電能質(zhì)量的改善等都至 關(guān)重要。水能和太陽能也是可再生能源中重 要組成部分。當(dāng)前,我國的水電蘊藏大約 為6.67億千瓦,能開發(fā)的大約為3.78億 千瓦,但我國目前的水電年發(fā)電量僅為 19200億千瓦時,開發(fā)潛力還很大。水能 發(fā)電由于具有豐水期和枯水期,發(fā)電機組 的最佳速度也要有不同變化。因此,發(fā)電 運行時,需要將傳統(tǒng)的直流勵磁改成超低 頻可變頻交流勵磁,用勵磁頻率的變化彌 補發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的非穩(wěn)定變化,以保持 當(dāng)枯水期水頭下降時,水力發(fā)電機能持續(xù) 發(fā)電。這需要現(xiàn)代電力電子技術(shù)來完成。 太陽能

9、光伏發(fā)電則給世界能源界注入了一 股新鮮的力量,太陽能資源也是十分豐富,而大功率太陽能發(fā)電,不管使用獨立或并網(wǎng)的系統(tǒng),都需要利用最大功率跟蹤功能的逆變器將太陽能陣列發(fā)電的直流電轉(zhuǎn)化成交流電,這更需要現(xiàn)代電力電子技術(shù)來完成。2.2 電力電子技術(shù)在電力節(jié)能中的應(yīng)用當(dāng)前,現(xiàn)代工業(yè)能源與電力相結(jié)合的越來越密切,電力正以清潔、穩(wěn)定、利用率高以及適用范圍廣的眾多優(yōu)點,已在現(xiàn)代工業(yè)的各個方面得到廣泛利用,電能已是現(xiàn)代工業(yè)的動力之源與能量之泉。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù),近幾年來,我國的工業(yè)用電總量正以每年15.9%的速度猛增,然而在很多發(fā)展中國家,工業(yè)用電還不夠合理,特別是在用電效率低、浪費嚴重。在世界化石能源日益枯竭的今天

10、,降低電能消耗對于解決能源問題意義重大,而提高電源效率、降低電源消耗的根本途徑就是運用現(xiàn)代化電力電子技術(shù)來提高效率,優(yōu)化性能,還節(jié)約原材料。電力電子技術(shù)對世界的能源安全有著至關(guān)重要的作用。2.3 電力電子技術(shù)在改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用電力電子技術(shù)是弱電控制強電的連接紐帶,是機電設(shè)備與計算機的重要媒介,電力電子技術(shù)為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)采用微電子技術(shù)創(chuàng)造了條件。在電力電子技術(shù)的應(yīng)用中,在傳統(tǒng)工業(yè)行業(yè)中,許多勞動強度大、勞動環(huán)境惡劣的工作環(huán)境,通過工業(yè)控制系統(tǒng)把電能轉(zhuǎn)化為勞動力,把工人們從落后的勞動車間帶入到現(xiàn)代化的智能工作室,大大提高了勞動生產(chǎn)率,節(jié)約了人力資源。解決了企業(yè)的眾多安全與環(huán)境問題。2.4

11、 電力電子技術(shù)在家用電器中的應(yīng)用 電力電子技術(shù)不但在現(xiàn)代工業(yè)制成 品得到廣泛應(yīng)用,也給人們的衣食住行中 帶來的極大的方便。電力電子控制學(xué)讓人 們從繁雜的家務(wù)勞動中解放出來:譬如洗 衣服只需要把衣服放進洗衣機,再按下按 鈕,有空就可以拿出干凈的衣服;洗碗機 能快速將油乎乎的餐具洗凈,同時,電力 電子變頻技術(shù)使得家用電器既方便又節(jié)能, 變速空調(diào)和變速熱泵能夠節(jié)約30%的電能, 高頻熒光燈比白熾燈效率高2-3倍。 3.結(jié)束語總之,電力電子技術(shù)是一個較年輕但 極具發(fā)展前途的產(chǎn)業(yè)。是智力、信息、知 識密集型的技術(shù),有非常高的實用性,應(yīng) 用范圍非常的廣,每個用電產(chǎn)品幾乎都可 以牽涉到電力電子技術(shù),同時電力電子技 術(shù)可以達到高效節(jié)能的目的。這個行業(yè)也 必將進一步得到發(fā)展,必將節(jié)省更多的能 源,為國民經(jīng)濟服務(wù),成為國民經(jīng)濟中的 一個重要產(chǎn)業(yè)。參考文獻1王云亮.電力電子技術(shù)M.電子工業(yè)出版社,2004. 2黃俊,王兆安.電力電子變流技術(shù)M.機械工業(yè)出版 社,2001.4楊慧穎等.風(fēng)力發(fā)電中電力電子技術(shù)的應(yīng)用J.2005. 5張國君,王學(xué)