第29卷第3期2008年6月大连交通大学学报JO；基于89C52单片机的智能温控仪设计；(1.大连市91550部队230所,辽宁大连11；摘要:采用89C52单片机,设计了一种应用于供暖；的温度传感器和PCF8583时间芯片,可以自动实；硬件设计和软件流程,并分析了该温控仪的应用前景.；关键词:智能;温控;单片机；中图分类号:TP391文献标识码:A；Des
第29卷　第3期2008年6月大连交通大学学报JOURNAL　OF　DALIAN　JIAOTONG　UNIVERSITYVol.29　No.3　Jun.2008　　文章编号:08)
基于89C52单片机的智能温控仪设计
(1.大连市91550部队230所,辽宁大连.大连交通大学电气信息学院,辽宁大连普仕凡,张丽艳,李桂林,郭宇明,孙灵姗,郭峰122222
摘要:采用89C52单片机,设计了一种应用于供暖系统的智能温控仪,该温控仪采用DS18B20三引脚
的温度传感器和PCF8583时间芯片,可以自动实现不同时间采用不同的供暖温度.详细介绍了该仪表的
硬件设计和软件流程,并分析了该温控仪的应用前景.
关键词:智能;温控;单片机
中图分类号:TP391文献标识码:A
DesignofIntelligentTemperatureConSCM
PUShi2fan,ZHANGLi2I,LJiaotongChina)6023,C2.SchoolofElectrical&Information,Dalian
Abstract:Byadopting89C52SCM,akindofintelligenttemperaturecontrolmeterusedfor
heatingsystemhasbeendesignd.ThemeteradoptsthethreepinsDS18B20temperaturesensor
andtimechiptorealizedifferentheatingtemperatureondifferenttimeautomatically.Thestruc2
tureofthismeter,hardwaredesignmethodandcorrespondingsoftwareflowprocessisillustra2
tedindetails.Finally,theforegroundofthemeterapplicationisalsoexplained.
电热供暖主要用于我国北方的厂房以及家庭分户供暖.本文针对小区域电热供暖的实际需要开发了该仪器.本温控仪的功能是:①监测暖气管道内的回水温度.②对嵌入到暖气管道内的加热体进行软加电或断电.③24h内,由用户通过键盘设定三段上限温度、下限温度、起控时间、停控时间.这可以满足供暖系统在白天、夜间、凌晨采用不同的供暖温度.
1　智能温控仪组成
该仪器的硬件框图如图1所示,由89C52
[1]单片机、温度传感器(DS18B20)、时钟/日历
芯片(PCF8583)、数码管、过零检测、可控硅、
RS485、看门狗、键盘输入组成.
图1　硬件框图
3收稿日期:
作者简介:普仕凡(1975-),男,工程师,硕士
　92大连交通大学学报第29卷2　软、硬件设计说明
2.1　硬件设计
本文给出了单片机与温度传感器及时钟/日历芯片的硬件设计说明,而且简单阐述了过零检测电路、可控硅驱动电路、看门狗电路及RS485通讯电路的原理及设计.
(1)温度传感器
[2]DS18B20只有一个引脚用于通讯,可提供9～12位的数字温度测量结果(默认为12位),并具有
非易失性的用户可编程温度上下限报警功能.它的温度测量范
围是-55～+128℃.DS18B20可以不需要外部供电而从数据线
上直接获得电源(寄生电源).每只DS18B20都有自己的64位
串行(系列)码,它允许多个DS18B20在同一个总线上工作;因
此仅用单片机的一条口线就可以监控较大区域内的多个热源情
况.DS18B20采用TO292封装,有三个引脚,其中1脚为(GND)
地,2脚为(QD)数据输入输出引脚,漏极开路单线接口引脚,当
应用寄生电源供电时也提供电源,3脚为(VDD),　图2　DS18B20模式下必须接地.智能温控仪中2DS18B207K.,每次进入DS18B20:、DS18B20功能命令这样的处理顺序,否则DS18B20将不会响应.480μs来传送复位脉冲,主机释放总线后,当DS18B20检测到上升沿时,它等待15～60μs后将总线拉低60～240μs发送一个存在脉冲,这时主机与DS18B20的通讯才建立.
智能温控仪中只用了一个DS18B20,采用DS18B20默认的12位温度测量结果,其准确度是010625℃.因此智能温控仪中只需要一个ROM命令,两个DS18B20功能命令,它们的命令字分别为:0xCC(跳过ROM);0x44(开始温度变换);0xBE(读暂存器).
(2)时间芯片
智能温控仪中的时钟芯片选择的是PCF8583.PCF8583通过I2C接口与单片机通讯,其内部除了有
16个特殊功能寄存器外,还有240个自由RAM
区可供使用,向这些RAM区写入的数据不掉电
时可长期存在.因此将用户设定的三段温度上
下限和开启、关闭时间暂存于PCF8583自由
RAM区中,使用一个3.6V的锂电池作为备用
电池供电.具体电路如图3所示.
在仪器工作区间PCF8583由电源经锗二极
管(IN5819)供电,同时给电池充电,仪器不工作
时,PCF8583由电池经1K电阻供电,使得时间
　图3　PCF8583与单片机连接图和用户设置的参数不会丢失.
(3)过零检测电路
过零检测电路用于检测220V市电的过零点,电路如图4所示.
交流220V/50Hz市电经过变压器T1后,变成9V/50Hz交流电,降压后的交流电通过整流桥B3整流后,变为100Hz的直流脉动电压送入电压比较器LM339,LM339将过零点附近的输入信号变成低电平,送入单片机外中断0.这样单片机就根据这一信号来计算可控硅的导通角位置,实现对可控硅导通角的控制.在本供暖系统中采用随机触发型可控硅,上电过程可控硅的导通角从0°增加到360°,历时10s,此后一直处于全导通状态.
　第3期普仕凡,等:基于89C52单片机的智能温控仪设计　93
图4　过零检测电路
可控硅驱动电路
可控硅驱动电路如图5所示.图中K1是60A的随机触发可控硅,其控制电压为3～16V.当P1.6为低电平时,可控硅导通,如果P1.6发出一个低电平
脉冲,则可控硅在P1.6发出低电平脉冲时导通,在
220V市电过零时截止.因此通过准确计算并控制
P116发出低电平脉冲的时间,上的市电的导通角.
看门狗能适时复位,确保程序能够返回正常工作状态.图5　可控硅驱动电路本智能温控仪中,采用MAX813L作为看门狗,如果
MAX813L的WDI端在1.6s内没有触发信号,单片机的RESET端将产生复位脉冲,重新启动系统工作.为了使系统能正常工作,又要使系统在程序跑飞时能及时复位,这就要求有很科学的喂狗方法.本文采用主程序和子程序相结合的喂狗方式,在主程序里置位,在子程序里清零.
(6)RS485通讯电路
智能温控仪留有RS485接口,有利于实现对多个智能温控仪的连网监控.RS485接口电路如图6所示,采用半双工通讯方式.单片机的P1.7用于控制收发转换
图6　RS485接口电路图
2.2　软件设计流程
智能温控仪的单片机软件程序采用C语言编写,可读性强,程序存于单片机内部的Flash中,其软件流程设计如图7所示.由图7可知,该智能温控仪程序包括参数初始化、PCF8583RAM区数据的读写、开启关闭时间的判断、控制时间段的选择、对选出段的温度上下限判断、键盘处理、通讯处理等.[3]
　94大连交通大学学报第29
图7　软件设计流程图
3　应用前景
该智能仪器体积小、成本低、智能化高,可以实时显示时间和温度,还能通过串口与计算机通讯;可以作为大型电热锅炉的控制部件,也可以嵌入小型家用取暖设备,实现定时定温供暖;还可以用于洗浴设备的定时定温控制.该仪器可以给使用单位和个人带来极大方便,使人们生活得更舒适.因此该仪器具有很好的市场前景.
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【程序】基于AT89C52智能温度控制器设计
    文章导读:本程序为基于AT89C52智能温度设计
摘要:本文介绍一种基于AT89C52单片机的智能多路温度控制器。该控制器采用高精度的铂电阻传感器、专门的A/D转换电路及输出电路来实现对4路温度的同时自动检测及线性化处理,采用交流侧抗干扰技术进行去噪，其误差小于±0.5℃；并通过RS485总线标准实现远程通信；且用户通过人机接口控制冷却风机启、停，设定报警及跳闸阀值。软件使用模块化结构，并对温度进行分段线性化处理。 关键词:单片机；液晶显示；模数转换；嵌入式
1 工作原理
图1 系统结构框图本设计温控仪由温度监测、信号处理、输出控制三部分组成。其系统框图如图1所示,它通过预埋在变压器三相绕组中的三只铂电阻传感器获取绕组温度值,经信号调理电路处理后直接送入控制器的A/D转换输入端。微控制器根据信号数据及设定的各种控制参数,按照嵌入的软件控制规律执行计算与处理,自动显示变压器绕组的温度值、输出相应的控制信号、控制风机的启停, 并根据当前状态输出正常、报警和跳闸信号等,同时将各种数据通过RS-485总线传到上位机实现集中监控。
1.1 模拟转换电路
模拟转换控制电路用于将温度模拟量转换成单片机能够识别的电信号,转换原理如图2所示。当温度变化时,PT100的阻值会随着温度的变化线性变化,其分压值与某一固定电路分压值进行比较,其结果送入运算放大器,转换成A/D转换范围内的模拟量。
图2 模拟转换电路AT89C52中的A/D转换精度为8位,由于参考电压为5v,所以必须将模拟信号转换成0～5v的电压,因此在设计此电路时,各元件的参数都按照此要求设计。同时,还要考虑其线性化,为了使软件设计中的计算按线性处理,在硬件设计时,一定要将温度与转换到单片机的数字量成线性变化。由电路可知:
从公式中可以看出,得出的A/D转换电压与RW不成正比,不符合线性要求。如果满足R3&&RW,转换电压就与RW近似成正比,与温度也近似成正比关系。这样就可以通过线性计算来求出任意一点的温度,不过用线性化来计算这种近似线性的图形,也会带来微小的误差,这些误差可以在软件设计中解决。
1.2 输出电路
图3 输出电路输出电路是单片机对模数转换的数值进行计算和控制结果的体现,如图3所示。单片机输出的控制量输入到JK端口,若此信号低电平,则光电耦合器件导通,使CMOS三极管导通,从而通电,常开触点闭合,输出220v电压；否则,输出0v电压。
在实际电路中,四个上述的类似电路分别对电机、故障报警、超温报警和超温跳闸进行****。例如:当温度超过风机温度上限时,单片机就会通过软件将JK端置为低电平,进而使CMOS三极管导通,这样就会对继电器加上12v电压,从而使风机加电,开启风机,若温度再高,达到超温报警温度上限,就会发生超温报警声；若温度高到超温跳闸温度上限,就会发生超温跳闸。这样就达到了对被控对象进行实时监控的目的。
1.3 AT89C52单片机
温控仪控制核心采用AT89C52单片机,它是一个低电压，高性能的CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，可以暂存故障及超温上限温度值。
1.4 铂电阻传感器
铂电阻采用CRZ系列薄膜铂热电阻元件CRZ-1632,它是把金属铂研制成粉浆，采用先进的喷溅薄膜技术,及光刻法和干燥蚀刻法把铂附着在陶瓷基片上形成膜,膜厚在2 以内；用玻璃烧结料把Ni（或Pd）引线固定，经过调阻制成，规格完全符合IEC、DIN和JIS标准。其测量范围为－50～400℃，精度为±（0.15+0.002t），完全可以满足测量的要求。
1.5 数码管显示
数码管显示通过键盘/显示器接口专用智能控制芯片HD7279A来实现。HD7279A是一种管理键盘和LED显示器的专文章导读:本程序为基于AT89C52智能温度控制器设计
用智能控制芯片。它无需外围电路，只需要外接少量的电阻等，就能对8位共阴极LED显示器或64个LED发光管进行管理和驱动，同时能对多达8×8的键盘矩阵的按键情况进行****，具有自动消除键抖动并识别按键代码的功能，从而可以提高CPU工作的效率。HD7279A和微处理器之间采用SPI串行接口方式，其接口电路和外围电路简单，占用口线少，加之它具有较高的性能价格比，因此，在微型控制器和智能仪表中广泛应用。其主要特点如下：
● 带有串行接口，无需外围元件便可直接驱动LED；
● 各位可独立控制译码/不译码、消隐和闪烁等属性；
● 具有(循环)左移/(循环)右移指令；
● 具有段寻址指令，可方便地用来控制独立的LED显示管；
● 64键键盘控制器内含去抖动电路。
2 软件的实现
软件采用模块化结构,包括1个主模块和5个子模块(按钮处理子模块、设置上限温度及采集边界点数字量子模块、通信子模快、故障输出处理子模块和显示子模块),主模块完成对各个子模块的初始化和调用故障输出处理子模块、显示子模块。而按钮处理子模块、设置上限温度及采集边界点数字量子模块、通信模块采用中断方式工作,主模块与它们通过共用一段RAM区域进行联系。由于在单片机应用系统的模拟输入信号中含有种种噪音和干扰,故本程序采用数字滤波技术滤波。除此之外,对于前面提到的线性化问题,我们采用了将0～200℃分成四个区域,在每个区域进行线性化计算。这样比在0～200℃区域内直接进行计算要精确的多,能够达到±0.1℃的精度。
各个子模块的功能如下:
(1)按钮处理子模块在有键按下时向ATmega16申请中断,在中断子程序中修改预先设好的标志位。
(2)设置上限温度及采集边界点数字量子模块可以在长时间按键时通过输入密码进入修改上限温度的界面,通过按钮对0℃、50℃、100℃、150℃、200℃所对应的数字量进行采集,并将结果存到E2PROM里,用此数据作为边界点计算出0～200℃之间的任何温度。
(3)通信子模块可以通过LBC184(将RS232信号转换为RS485信号)芯片和单片机连接远程的被控对象进行485通信。
(4)故障输出子模块可以通过实际温度与上限温度的比较,来判断现场是否出现异常情况。同时,设置标志位来判断是否进行A/D转换、是否进行显示。
(5)显示子模块将线性计算出的结果经二进制到BCD码的转换送到5位LED显示器显示。
3 抗干扰技术在温控仪中的应用
(1)解决温控仪中交流电源干扰,其方法是在交流电源的进线端,即电源变压器的初级串联一个电源滤波器,它可以有效地抑制高频干扰的侵入，如图4所示。
图4 交流侧滤波电路
(2)在故障输出电路中使用光电耦合器件,使输出具有较高的电气隔离和抗干扰能力。
(3)在模拟转换电路中的温度传感器两端,以及其他地方使用压敏电阻器,吸收不同极性的过电压。
(4)在干式变压器运行现场进行电磁干扰试验,对试验结果进行概率统计分析,并通过精心选择元器件、采用硬件抗干扰技术及软件抗干扰技术使干扰源产生的电磁干扰降至最小。
该温控仪功耗低、技术先进,功能完善,操作简单,性能可靠,能够在十分恶劣的电磁干扰或高温环境长期稳定工作,是干式变压器理想的监控装置。
本文作者创新点主要有：
(1) 把传感器（铂电阻PT100）直接接入模拟转换电路，在实现信号采集转换的同时控制模拟转换电路的输出。即使得这两种功能一步完成，也提高了精度、简化了电路；
(2) 输出电路中，把单片机输出的控制量输入到JK端口,且通过光电耦合器件来决定CMOS三极管的导通与否,再通过继电器和常开触点的闭合来控制输出电压。使得输出电路在完成输出控制功能的同时具有较高的电气隔离和抗干扰能力；
(3) 在软件中对电路中采集的数据设置分界点，进而实现对数据的分区域线性化计算。弥补了硬件电路精度有限的问题，大大降低了测量误差。
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收录时间:日 21:56:36 来源:高校自动化网 作者:匿名
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基于89C52单片机的智能温控仪设计
【摘要】：采用89C52单片机,设计了一种应用于供暖系统的智能温控仪,该温控仪采用DS18B20三引脚的温度传感器和PCF8583时间芯片,可以自动实现不同时间采用不同的供暖温度.详细介绍了该仪表的硬件设计和软件流程,并分析了该温控仪的应用前景.
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京公网安备75号基于单片机的蓄电池温控器的设计与实现
在冬季，室外设备蓄电池工作环境温度低，电池在低温下的性能随温度变化衰减严重，相关研究表明，锂电池在0℃放电容量为常温下的80.2%，-10℃只有常温下的66.4%，而-20℃时仅有44.1%。同样，铅酸蓄电池也具有类似的低温特性。因此，低温对电池性能影响十分明显，在某些情况下，不能保证设备的正常使用。采用低功耗的AVR 系列单片机、LM35 数字式温度传感器、LCD显示器，软件方面采用功能模块化编程技术实现采样电池箱内实时温度，通过单片机控制加热体进行电池环境温度的调节，以达到对电池工作环境温度控制目的。1 硬件设计与实现1.1 温度采集电路图1 温度采集电路图1 中的U9 为集成运算放大器LM224，其内部集成了四个独立的集成运算放大器，图中R20 和R21 对输入电压进行分压，C21、C4、进行噪声滤除后送入U9 的第一个集成运算放大器U9A，U9A 设计成电压跟随器，分压后的电压经电压跟随器后提高了带载能力，电阻R47 耦合送入单片机的ADC0 进行A/D 变换。图中J2 是温度传感器输入接口，经R27 耦合后送入U9 的第二个集成运算放大器U9B，U9B 设计成同相比率放大电路，放大倍数为2，温度传感器使用LM35，其输出电压与摄氏温度成比例，温度每变化1℃，电压输出变化10mV。图中J2 采用0 到+5V 供电，因此0℃输出电压为0mV，25℃输出电压为250 mV，100℃输出电压为1V，由于参考电压是2.56V，因此放大2 倍使得100℃输出电压为2V 接近2.56V，测量温度的量程略以大于100℃。温度传感器输出电压经2 倍放大后，由电阻R2 耦合送入单片机的ADC2 进行A/D 变换。1.2 开关和加热电路设计开关和加热电路如图2 所示，图中U1 是贴片光耦PS2801-4，电路中起到电压变换的作用，电器标号KG1、KG2、KG3 分别接到单片机的PC0、PC1、PC2。光耦输出JDQ1、JDQ2、JDQ3 分别用于控制继电器1、继电器2 和继电器3。继电器采用HHC67E，其控制电压为12 伏，直流40 伏分断电流20A，交流250 分断电流30A，开关次数100000 次。图2 中的Q3、R32、R35、D3 和JDQ3 构成加热电路，当单片机测得的电池温度小于设定值时，单片机控制PC3 输出低电平，驱动光耦使得电器标号JDQ3 与12V 电压相连，NPN 三极管Q3 导通，继电器3吸合，输入电压VIN2 通过端子J4 输出到加热体上，加热体工作加温；当单片机测得的电池温度大于设定值时，单片机控制PC3 输出高电平，使得电器标号JDQ3 与12V 电压断开，NPN 三极管Q3 截止，继电器3 放开，加热体停止加温。加热体加热状态通过R45、VR2 和C29 反馈到单片机的PD5 进行探测，加热体工作时，调节VR2 使得对应电压等级的电器标号THOT 电压为4.5V 左右。图2 开关和加热电路【分页导航】
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