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基于单片机、温度传感器的温度智能
控制系统的设计
西安工程大学电信学院刘晓春
【摘要】在温度检测系统中,感应温度部分的元件是一般是金属热电阻、热电偶或者PN结,但这些测温元件所要配的测量电路较为复杂。
感应出来的信号是模拟量,需要经采样保持电路后再进行A/D转换。
才能送入单片机进行处理,但是由于这样的电路硬件复杂、精度不高、易受外界干扰。
本文采用DS18B20温度传感器,它是一种可编程的温度传感器,内部集成了A/D转换电路,可与单片机直接连接,使单片机外围电路简单,比传统的温度测量精度高,应用场合广。
【关键词】单片机(89C51;自动控制;温度传感器(DS18B20;信号
引言
水温测量模块用于测量器皿中水的温度。
系统需要利用测温传感器检测出水的实时温度,是控制模块做出正确的反应, 控制水的温度,对于测温传感器本文选择DS18B20单总线可编程温度传感器,来实现对温度的采集和转换,大大简化了电路的复杂度。
控制器部分本文采用51系列的 89C51作为系统的控制器。
单片机算术运算功能强,软件编程灵活,自由度大,
可用软件编程实现各种算法,并且具有功耗低,体积小,技术成熟,成本低廉等有点,使其在各个领域应用广泛。
1.系统的总体结构
系统总体结构分为:DS18B20模块, 显示模块,继电器模块,键盘输入模块,
DS18B20可以被编程,所以箭头是双向的,89C51首先写入命令给DS18B20,然后
DS18B20开始转换数据,转换后通过89C51来处理数据。
数据处理后的结果就显示到
数码管上,模块如图1所示。
本系统的执行方法是循环查询执行的,键盘扫描也是用循环查询的办法,由于本系统对实时性要求不是很高,所以没有用到中断方式来处理,系统模块如图2所示。
2.温度处理模块
2.1 温度传感器DS18B20
DS18B20与单片机的连接电路简单, 如图5,与单片机的数据通信采用串行通信已完成其对温度信息的采集与转换。
DSl8B20的外观及引脚如图4,有3个引脚。
VDD接电源,电压范围为
3.0v~5.5V, 它的供电方式有2种,一个是通过数据线供电,一个是加外电源。
GND为接地线。
DQ为数据线,通过小电阻与单片机连接, 进行数据通讯。
数据可输入亦可输出。
2.2 温度转换算法及分析
因为DS18B20的温度存储单元中的代码不是实际的摄氏温度值,所以读出的数据要进行转换处理,因为精度是0.0625, 所以我们只需要将其转换成十进制再乘
0.0625便可得到温度值。
由于它可以测负温度,所以再进行换算时首先要判断是正温度还是负温度,存储单元的高五位的值决定了温度的正负,若全为1则是负温度反之则为正温度。
低4位存放的是温度的小数部分,本设计采用精度为0.1℃,所以处理时将低四位乘0.0625后进行小数舍入保
留一位。
中间7位为温度的整数部分。
图1 模块图图2 系统各模块之间工作顺序
图3 DS18B20管脚图图4 DS18B20模块的接口
图5 继电器接口模块
图6 总体流程图
3.键盘模块
我们采用四个独立键盘,分别是:S1, S2,S3,S4。
4.继电器模块
图5是一个蜂鸣器和一个继电器的图,我们只用到了继电器的图,继电器和单片机的P1.3口进行通讯。
继电器用于控制加热器的导通与关闭,其导通与关闭时间由单片机控制,从而维持水温的平衡。
如图7所示,继电器与单片机的P3.7口连接,当P3.7口输出一个低电平的时候,继
电器上电导通,开关打下,加热器件导通
开始加热。
5.显示模块
显示模块采用动态显示数码管,我们
用到前面四个数码管,P0口是送字符的,
P2口是用来位选数码管的。
6.软件设计说明
本系统采用的是循环查询方式,来显
示和控制温度的。
总体流程图如6所示。
参考文献
[1]江力.单片机原理与应用技术[M].清华大学出版社. [2]王兆月,等编著.微型计算机接口技术[M].机械工业出版社.
[3]江晓安,等编著.数字电子技术[M].西安电子科技大学出版社.
[4]DS18B20官方文档[OL].DS18B20官方英文站点下载. [5]宋悦孝.电子测量与仪器[M].电子工业出版社. [6]文代琼.智能水温控制系统设计[J].宜宾学院学报, 2007.
作者简介:刘晓春(1982—,女,陕西渭南人,西安工程大学控制工程专业在职研究生,研究方向:自动控制系统的设计。
(上接第19页
枯竭、无污染、不受地域资源限的优势正在迅速推广使用。
据有关资料预测,到 2060年,世界电力能源消耗的一半将来源于可再生能源发电。
在可再生资源中,风能是最重要的组成部分。
全球风能资源丰富,据统计,全球风能潜力能占到当前全球用电量的5倍之多。
同时,利用风能发电无污染,能降低全球二氧化碳排放量欧洲,再次,风能发电施工占地少,周期短,投资灵活,具有较好的经济效益和社会效益。
现代电力电子技术以及变频调速技术的迅速发展, 在风力发电中的得到了广泛的应用。
当前的风电机组已经成为结合了先进的空气动力学、机械制造、电子技术、微机控制技术的高科技产品,而风力发电系统中不可或缺的重要组成部分就是高科技的电力电子技术,电力电子技术对于风电机组的控制、电能的转换、电能质量的改善等都至关重要。
水能和太阳能也是可再生能源中重要组成部分。
当前,我国的水电蕴藏大约为6.67亿千瓦,能开发的大约为3.78亿千瓦,但我国目前的水电年发电量仅为 19200亿千瓦时,开发潜力还很大。
水能发电由于具有丰水期和枯水期,发电机组的最佳速度也要有不同变化。
因此,发电运行时,需要将传统的直流励磁改成超低频可变频交流励磁,用励磁频率的变化弥补发电机转子转速的非稳定变化,以保持当枯水期水头下降时,水力发电机能持续发电。
这需要现代电力电子技术来完成。
太阳能光伏发电则给世界能源界注入了一股新鲜的力量,太阳能资源也是十分丰
富,而大功率太阳能发电,不管使用独立
或并网的系统,都需要利用最大功率跟踪功能的逆变器将太阳能阵列发电的直流电转化成交流电,这更需要现代电力电子技术来完成。
2.2 电力电子技术在电力节能中的应用
当前,现代工业能源与电力相结合
的越来越密切,电力正以清洁、稳定、利用率高以及适用范围广的众多优点,已在现代工业的各个方面得到广泛利用,电能已是现代工业的动力之源与能量之泉。
据相关数据,近几年来,我国的工业用电总
量正以每年15.9%的速度猛增,然而在很多发展中国家,工业用电还不够合理,特
别是在用电效率低、浪费严重。
在世界化石能源日益枯竭的今天,降低电能消耗对于解决能源问题意义重大,而提高电源效率、降低电源消耗的根本途径就是运用现代化电力电子技术来提高效率,优化性能,
还节约原材料。
电力电子技术对世界的能
源安全有着至关重要的作用。
2.3 电力电子技术在改造传统产业中
的应用
电力电子技术是弱电控制强电的连接
纽带,是机电设备与计算机的重要媒介,
电力电子技术为传统产业和新兴产业采用
微电子技术创造了条件。
在电力电子技术
的应用中,在传统工业行业中,许多劳动
强度大、劳动环境恶劣的工作环境,通过
工业控制系统把电能转化为劳动力,把工
人们从落后的劳动车间带入到现代化的智
能工作室,大大提高了劳动生产率,节约
了人力资源。
解决了企业的众多安全与环
境问题。
2.4 电力电子技术在家用电器中的应用电力电子技术不但在现代工业制成品得到广泛应用,也给人们的衣食住行中带来的极大的方便。
电力电子控制学让人们从繁杂的家务劳动中解放出来:譬如洗衣服只需要把衣服放进洗衣机,再按下按钮,有空就可以拿出干净的衣服;洗碗机能快速将油乎乎的餐具洗净,同时,电力电子变频
技术使得家用电器既方便又节能, 变速空调和变速热泵能够节约30%的电能, 高频荧光灯比白炽灯效率高2-3倍。
3.结束语
总之,电力电子技术是一个较年轻但极具发展前途的产业。
是智力、信息、知识密集型的技术,有非常高的实用性,应用范围非常的广,每个用电产品几乎都可以牵涉到电力电子技术,同时电力电子技术可以达到高效节能的目的。
这个行业也必将进一步得到发展,必将节省更多的能源,为国民经济服务,成为国民经济中的一个重要产业。
参考文献
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