多路溫度測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

何家樂

關(guān)鍵詞：單片機(jī)應(yīng)用;溫度測控系統(tǒng);設(shè)計(jì)

引言

近幾年以來由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步國外在溫度傳感器發(fā)展迅猛在此研究領(lǐng)域里取得了相當(dāng)大的成就。現(xiàn)代工藝要求對于實(shí)時溫度的監(jiān)測和控制不斷增多，且需要達(dá)到的精度也越來越高。所以溫度控制系統(tǒng)得到越來越多的人的重視，應(yīng)用范圍也持續(xù)的增加。溫度控制由于不同的生產(chǎn)情況和工藝要求有著各種各樣的要求，因此對溫度的控制采用的方式也要根據(jù)實(shí)際情況而采取不同的方式。溫度控制的燃料有煤氣、天然氣、電等，像加熱爐等溫度控制工藝主要應(yīng)用于機(jī)械、化工等方面。以達(dá)到對溫度的比較、控制。單片機(jī)發(fā)展迅速，尤其是現(xiàn)在對溫度控制的要求越的來越精密，單片機(jī)進(jìn)行溫度控制的質(zhì)量要求越來越高。由于生產(chǎn)工藝和設(shè)計(jì)能力的不斷提高，單片機(jī)也在向著更高集成化、更多位多功能，更強(qiáng)化處理控制問題的能力、更快的運(yùn)算速度、更低的成本，更少的功耗、更兼容開發(fā)和更加完美的的軟件固有化的方向發(fā)展。

一、總體方案設(shè)計(jì)

（一）方案比較

對同一種目的的實(shí)現(xiàn)，可以用不同的方案，而根據(jù)要求提供的測溫器件主要有熱電偶、熱電阻、DS18820等，由這三種不同的測溫器件，可構(gòu)成三種不同的測溫方法，下面就著重介紹以下三種方案對同一目的的實(shí)現(xiàn)方法。并比較三種方案的優(yōu)劣。

1.方案一

方案一的原理簡述：該方案的各部分電源均由總電源供電，溫度傳感器為熱電偶，熱電偶的熱端感受被測物體溫度t，產(chǎn)生相應(yīng)的熱電勢e。熱電勢e與熱端溫度t成單值函數(shù)關(guān)系，用模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC將熱電勢轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，按照熱電勢與溫度的函數(shù)關(guān)系將該數(shù)字量轉(zhuǎn)換為對應(yīng)溫度值，經(jīng)譯碼顯示電路顯示在數(shù)碼管上，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字溫度計(jì)的功能。

2.方案二

方案二的原理簡述：選擇DB18820作為本系統(tǒng)的溫度傳感器，選擇單片機(jī)為測控系統(tǒng)的核心來完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、報警等功能。這里通過按鍵選擇要測量的單個DS18820的溫度，DS18820在采集到輸出溫度后將溫度值轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并儲存在儲存器中。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路，省略了采樣、保持電路、運(yùn)放、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路以及進(jìn)行長距離傳輸時的串并轉(zhuǎn)換電路，簡化了電路，縮短了系統(tǒng)的工作時間，降低了系統(tǒng)的硬件成本。當(dāng)LCD1602液晶顯示屏接收到來自單片機(jī)傳送來的溫度信息后，分別顯示當(dāng)前的溫度;若采集的溫度超過高溫報警值或低于低溫報警值則產(chǎn)生報警。

本設(shè)計(jì)運(yùn)用主從分布式思想，由一臺上位機(jī)，單片機(jī)多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)采集，組成兩級分布式多點(diǎn)溫度測量的巡回檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用RS-232串行通訊標(biāo)準(zhǔn)，通過上位機(jī)單片機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場溫度采集。溫度值既可以送回主控上位進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，由顯示器顯示。也可以由下位機(jī)單獨(dú)工作，實(shí)時顯示當(dāng)前各點(diǎn)的溫度值，對各點(diǎn)進(jìn)行控制。

3.方案三

原理框圖如圖3所示：

方案三的原理簡述：該方案的各部分電源均由總電源供電，溫度傳感器為熱電阻，電阻的阻值隨溫度的增加而增加，測量出電阻的值，用模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC將電阻值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，按照熱電阻與溫度的函數(shù)關(guān)系將該數(shù)字量轉(zhuǎn)換為對應(yīng)溫度值，經(jīng)譯碼顯示電路顯示在數(shù)碼管上，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字溫度計(jì)的功能。

二、方案論證

以上三種方案都是可行的，第一種方案的優(yōu)點(diǎn)是由純硬件電路構(gòu)成，不涉及軟件編程，但是由于熱電勢與溫度之間的函數(shù)關(guān)系較復(fù)雜，利用硬件電路完成其轉(zhuǎn)化較復(fù)雜，設(shè)計(jì)該電路難度較大且電路將比較龐大。第二種方案的難點(diǎn)主要是單片機(jī)程序編制，但其硬件電路相對簡單，借助于微控制器的強(qiáng)大功能可使設(shè)計(jì)周期縮短，測量精度高，且易于擴(kuò)展功能，增強(qiáng)了電路對各種工作要求的適應(yīng)性。第三種方案的優(yōu)點(diǎn)是由純硬件電路構(gòu)成，不涉及軟件編程，但是熱電阻是易耗品，成本較高且使用麻煩。

三、方案選擇

考慮到電路的靈活性和適用性及本次課程設(shè)計(jì)的要求，經(jīng)過上面三個方案的分析，第二個方案的可行性高，所以我們選擇第二個方案做為本次的設(shè)計(jì)方案。在第二個方案中，數(shù)字式溫度傳感器DS18820和單片機(jī)起著主導(dǎo)作用，單片機(jī)控制傳感器測溫并將其傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，通過改變程序，還可改變測量精度及電路的功能，因而可實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的要求。

四、總結(jié)

隨著時代科技的迅猛發(fā)展，微電子學(xué)和計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代電子技術(shù)的成就給傳統(tǒng)的電子測量與儀器帶來了巨大的沖擊和革命性的影響。常規(guī)的測試儀器儀表和控制裝置被更先進(jìn)的智能儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測量儀器在遠(yuǎn)離、功能、精度及自動化水平定方面發(fā)生了巨大變化，并相應(yīng)的出現(xiàn)了各種各樣的智能儀器控制系統(tǒng)，使得科學(xué)實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用工程的自動化程度得以顯著提高。

溫度測量控制系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及人們的日常生活中扮演著一個越來越重要的角色，它對人們的生活具有很大的影響，所以溫度采集控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究有十分重要的意義。如果用人工進(jìn)行溫濕度測量的話，不僅費(fèi)時費(fèi)力，而且效率低，且測試的溫度及濕度誤差都比較大。因此我們需要一種造價低廉，使用方便且測量準(zhǔn)確的溫濕度檢測系統(tǒng)。