基于低功耗单片机温度计设计(电路图+原理图+流程图) 第2页
引言
温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术得到了迅速的发展和广泛的应用。单片机具有处理能强、运行速度快、功耗低等优点，应用在温度测量与控制方面，控制简单方便，测量范围广，精度较高。采用AT89S52单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。
本设计的内容是设计一温度控制器，它的核心控制部分是单片机。主要实现的功能是：对被控对象的温度进行实时采集，其主要是通过一传感器将温度转变成模拟电信号，再将所得的模拟量转变成数字量送入单片机中，单片机将传感器所采集到的温度和事先设定的温度进行对比，当小于设定值时将发出信号启动加热装置；当大于设定值时将关闭加热装置，从而使得被控温度控制在一定的范围之内，达到实时控制的功能。
在一些温控系统电路中，前向数据采集通道广泛采用的是通过热电偶、热电阻或PN结测温电路经过相应的信号调理电路，转换成A／D转换器能接收的模拟量，再经过采样／保持电路进行A／D转换，最终送入单片机及其相应的外围电路，完成监控。但是由于传统的信号调理电路实现复杂、易受干扰、不易控制且精度不高。本文介绍单片机结合DS18B20水温控制系统设计，因此，本系统用一种新型的可编程温度传感器（DS18B20），不需复杂的信号调理电路和A／D转换电路能直接与单片机完成数据采集和处理，实现方便、精度高，可根据不同需要用于各种场合。后向执行机构在以前的设计中往往选用继电器, 但是由于其噪声大和机械性能方面的原因, 现在已经很少见了。随之而来的是无触点开关———双向可控硅的使用, 但在实际设计工作中, 需要采用同步过零触发电路进行同步触发。由于这部分电路包括比较器、单稳态电路和光电隔离器等器件, 芯片多, 结构较复杂, 在实际应用中容易出现故障。所以在设计当中采用了MOTOROLA 公司推出的单片集成可控硅驱动器MOC3041。
第1章 系统设计方案的论证与比较
根据题目要求,温度控制器是由核心处理模块、温度采集模块、键盘显示模块、及控制执行模块等组成，所以本设计要考虑这些模块器件的选型以及所设计出来的温度控制器的可行性，其主要有以下几种设计方案。
方案一：采用8031作为控制核心,以使用最为普遍的器件ADC0809作模数转换,控制上使用对电阻丝加电使其升温和开动风扇使其降温。此方案在理论上是可行的,所器件的价格便宜,但8031内部没有程序存储器,需要内存扩展,增加了电路的复杂性,且ADC0809是8位的模数转换,转换的精度很底，一般不能满足控制的要求，另外利用电风扇进行降温的效率差耗能多。
方案二：采用比较流行的AT89S52作为电路的控制核心, T89S2是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器,不需要外部的扩展存储器，使整个系统的结构简单。数据的采集和转换部分采用DS18B20传感器，它改变传统温度测试方法,能在现场采集温度数据,并直接将温度物理量变换为数字信号并以总线方式传送到计算机进行数据处理,测试温度范围为- 55～ + 125℃。可应用于各种领域、各种环境的自动化测试和控制系统,使用方便灵活,测试精度高,优于任何传统的温度数字化、自动化测控设备。控制电路部分采用可控硅的通断以实行对被控温度的连续控制,此方案电路简单并且可以满足一般的控制要求。
方案三：采用PLC作为控制一电路的核心，其他部分的电路见采用和方案二同样的设计。这种方案不仅具有和方案二同样的控制精度，而且整个电路的稳定性比方案二更高，但是PLC的价格远远高于单片机，其不适合大批量的生产，所以考虑到价格因素，此种方案不宜选择。
综上分析,我们采用方案二。系统设计总体框图如下：
图1-1 控制器设计总体框图
根据温度变化慢,并且控制精度不易掌握的特点,我们设计了以AT89S52单片机为检测控制中心，将温度控制在设定的范围之内。其主要的控制原理如为：对被控对象的温度进行实时采集，其主要是通过一传感器（DS18B20）将温度转变成模拟电信号，并将所得的模拟量转变成数字量送入单片机中，单片机将传感器所采集到的温度和事先设定的温度进行对比，当小于设定值时将发出信号启动加热装置；当大于设定值时将关闭加热装置，从而使得被控温度控制在一定的范围之内，达到实时控制的功能。
整个控制器主要有以下功能：
(1)被控温度可以根据实际的需要设定;
(2)实时显示当前温度值;
(3)按键控制：设置复位键、加一键、减一键、确定键;
(4)越限报警。
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