一種數(shù)字式溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1．引 言

　　溫度是重要的物理量，溫度的測(cè)量和控制，在工業(yè)生產(chǎn)和科研工作中都非常重要。數(shù)字式溫度測(cè)量系統(tǒng)的特點(diǎn)是以微處理器為核心，利用微處理器的控制、運(yùn)算功能，具有智能化的特點(diǎn)。本系統(tǒng)采用數(shù)碼管直接顯示被測(cè)溫度值，這種數(shù)字式顯示不僅直觀、測(cè)量精度高，而且便于進(jìn)行自動(dòng)控制。所以，數(shù)字式溫度測(cè)量電路獲得了廣泛的應(yīng)用。

2．系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了、緊湊，性能可靠；不僅適用于水溫控制，且作為加熱源，如加熱爐、電爐應(yīng)用電子器件，也可適用于工業(yè)環(huán)境溫度的監(jiān)測(cè)與控制。采用DS1820作為溫度傳感器，使系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，且易于操作，它的性能突出。

圖1　電路組成框圖
　　以下對(duì)各部分主要電路作介紹

2．1　 溫度轉(zhuǎn)換電路

　　這部分電路完成的功能主要是：把非電物理量（溫度量）轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。它的性能的好壞、精確度等直接影響測(cè)量以及控制的結(jié)果，因此，這是很重要的部分。 考慮到本設(shè)計(jì)的要求，在這里我們采用新型的單片數(shù)字溫度傳感器DS1820，它具有性能好（分辨率為0.5℃，測(cè)溫范圍為—50--- +125℃）、體積小、接口簡(jiǎn)單（三端元件：一根地線、一根信號(hào)線、一根電源線）和使用方便（集成了采樣、物理量/模擬量轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換等功能，直接輸出數(shù)字信號(hào)，無(wú)需另接任何外圍電路即可方便地構(gòu)成溫度檢測(cè)系統(tǒng)）等的優(yōu)點(diǎn)。以下對(duì)DS1820芯片介紹。DS1820是美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干攏能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于構(gòu)成多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理，而且每片DS1820都有唯一的產(chǎn)品號(hào)，并可存入其ROM中，以便在構(gòu)成大型溫度測(cè)控系統(tǒng)時(shí)在單線上掛接任意多個(gè)DS1820芯片。從DS1820讀出或?qū)懭隓S1820信息僅需要一根口線，其讀寫(xiě)及溫度轉(zhuǎn)換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線，該總線本身也可以向所掛接的DS1820供電，而無(wú)需額外電源。DS1820能提供九位溫度讀數(shù)，它無(wú)需任何外圍硬件即可方便地構(gòu)成溫度檢測(cè)系統(tǒng)。DS1820測(cè)量溫度時(shí)使用特有的溫度測(cè)量技術(shù)。其內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號(hào)f0，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)f0當(dāng)計(jì)數(shù)門打開(kāi)時(shí)，DS1820對(duì)f0數(shù)，計(jì)數(shù)門開(kāi)通時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對(duì)頻率的非線性予以補(bǔ)償。測(cè)量結(jié)果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應(yīng)為9位(符號(hào)占1位)，但因符號(hào)位擴(kuò)展成高8位，故以16位補(bǔ)碼形式讀出，表1給出了溫度和數(shù)字量的關(guān)系。DS1820采用3腳PR－35封裝或8腳SOIC封裝，管腳排列如圖2所示。圖中GND為地，I/O為數(shù)據(jù)輸入/輸出端(即單線總線)，該腳為漏極開(kāi)路輸出，常態(tài)下呈高電平。 VCC是外部＋5V電源端，不用時(shí)應(yīng)接地。NC為空腳，圖3是它的結(jié)構(gòu)框圖。
表1　DS1820溫度與數(shù)字對(duì)應(yīng)關(guān)系