一種數字式溫度控制系統的設計

1．引 言

　　溫度是重要的物理量，溫度的測量和控制，在工業生產和科研工作中都非常重要。數字式溫度測量系統的特點是以微處理器為核心，利用微處理器的控制、運算功能，具有智能化的特點。本系統采用數碼管直接顯示被測溫度值，這種數字式顯示不僅直觀、測量精度高，而且便于進行自動控制。所以，數字式溫度測量電路獲得了廣泛的應用。

2．系統硬件設計

　　系統如圖1所示，整個系統電路結構簡單明了、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、電爐應用電子器件，也可適用于工業環境溫度的監測與控制。采用DS1820作為溫度傳感器，使系統簡單可靠，且易于操作，它的性能突出。

圖1　電路組成框圖
　　以下對各部分主要電路作介紹

2．1　 溫度轉換電路

　　這部分電路完成的功能主要是：把非電物理量（溫度量）轉換成模擬電信號，再經A/D轉換為數字量。它的性能的好壞、精確度等直接影響測量以及控制的結果，因此，這是很重要的部分。 考慮到本設計的要求，在這里我們采用新型的單片數字溫度傳感器DS1820，它具有性能好（分辨率為0.5℃，測溫范圍為—50--- +125℃）、體積小、接口簡單（三端元件：一根地線、一根信號線、一根電源線）和使用方便（集成了采樣、物理量/模擬量轉換、A/D轉換等功能，直接輸出數字信號，無需另接任何外圍電路即可方便地構成溫度檢測系統）等的優點。以下對DS1820芯片介紹。DS1820是美國DALLAS公司生產的單線數字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干攏能力強、易配微處理器等優點，特別適合于構成多點溫度測控系統，可直接將溫度轉化成串行數字信號供微機處理，而且每片DS1820都有唯一的產品號，并可存入其ROM中，以便在構成大型溫度測控系統時在單線上掛接任意多個DS1820芯片。從DS1820讀出或寫入DS1820信息僅需要一根口線，其讀寫及溫度轉換功率來源于數據總線，該總線本身也可以向所掛接的DS1820供電，而無需額外電源。DS1820能提供九位溫度讀數，它無需任何外圍硬件即可方便地構成溫度檢測系統。DS1820測量溫度時使用特有的溫度測量技術。其內部的低溫度系數振蕩器能產生穩定的頻率信號f0，高溫度系數振蕩器則將被測溫度轉換成頻率信號f0當計數門打開時，DS1820對f0數，計數門開通時間由高溫度系數振蕩器決定。芯片內部還有斜率累加器，可對頻率的非線性予以補償。測量結果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應為9位(符號占1位)，但因符號位擴展成高8位，故以16位補碼形式讀出，表1給出了溫度和數字量的關系。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為數據輸入/輸出端(即單線總線)，該腳為漏極開路輸出，常態下呈高電平。 VCC是外部＋5V電源端，不用時應接地。NC為空腳，圖3是它的結構框圖。
表1　DS1820溫度與數字對應關系