多點測溫及溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用

隨著生活水平的提高，人們對家居需求由面積需求變?yōu)槭孢m需求。地板采暖采用輻射方式供暖，符合人體生理需求曲線，如果控制系統(tǒng)選取得當(dāng)，不僅可以提高房間舒適度，更可以使系統(tǒng)運行費用降低許多。如今一般是在典型位置安裝一個溫控裝置，溫控裝置連接到壁掛爐，溫控器根據(jù)室溫和溫度設(shè)定直接控制鍋爐運行，各房間不同回路由工作人員憑經(jīng)驗手動調(diào)節(jié)分水器球閥，改變不同回路的流量，從而達(dá)到調(diào)節(jié)各房間的室溫的效果。使用這種控制方法，即使是有經(jīng)驗的工作人員，也難以調(diào)節(jié)得十分準(zhǔn)確，何況各家庭成員由于年齡不同，所需舒適溫度不同，需要經(jīng)常對室溫進(jìn)行調(diào)節(jié)。

針對以上問題，我們利用SST89E564RC單片機及新型測溫器件設(shè)計了多點溫控采暖控制系統(tǒng)，根據(jù)室內(nèi)各點溫度設(shè)定實時控制控制采暖系統(tǒng)，從而提高居室的舒適性以及采暖的經(jīng)濟性。

1 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)

系統(tǒng)總體設(shè)計思想是以SST89E564RC單片機為控制核心，整個系統(tǒng)硬件部分包括溫度檢測部分、控制執(zhí)行部分、顯示及鍵盤系統(tǒng)及最小系統(tǒng)基本電路。系統(tǒng)利用單片機獲得溫度傳感器數(shù)據(jù)并與系統(tǒng)設(shè)計值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果分別控制執(zhí)行系統(tǒng)。溫度控制系統(tǒng)控制框圖如圖1所示。

圖1 溫度控制系統(tǒng)控制框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)所需完成的功能，設(shè)計系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 設(shè)計系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

2.1 控制核心

系統(tǒng)采用SST89E564RC單片機作為控制核心，進(jìn)行溫度采集、信息顯示及執(zhí)行機構(gòu)的控制。SST89E564RC是美國SST公司推出的高可靠、小扇區(qū)結(jié)構(gòu)的FLASH單片機，內(nèi)部嵌入72 KB的Super-FLASH，1 KB的RAM，通過對其RAM做進(jìn)一步擴展，可滿足嵌入系統(tǒng)操作系統(tǒng)的運行條件。

2.2 溫度傳感器

溫度傳感器采用DALLAS半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DSl8820。該傳感器支持“一線總線”接口，可方便地進(jìn)行多點溫度測量，還可以程序設(shè)定9～12位的分辨率，最高精度為±0.062 5℃，分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在E2PROM中，掉電后依然保存。該產(chǎn)品支持3～5.5 V的電壓范圍，因其體積小使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、方便。DSl8820的管腳排列如圖3所示，其中DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端;GND為電源地;VDD為外接供電電源輸人端。

圖3 DSl8820

DSl8820內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由4部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。

光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DSl8820的地址序列碼。光刻ROM的作用是使每一個DSl8820都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)1根總線上掛接多個DSl8820的目的。

DSl8820溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括9 B高速暫存RAM和1 B非易失性的可電擦除的E2PROM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH，TL和結(jié)構(gòu)寄存器，該字節(jié)第7位(TM)為0，低5位一直都是1，第6，5位(R1，R0)用來設(shè)置分辨率，如表1所示。

表1 DSl8820溫度測量分辨率表

根據(jù)DSl8820的通信協(xié)議，主機控制DSl8820完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過3個步驟：每一次讀寫之前都要對其進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送1條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DSl8820進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500μs，然后釋放，DSl8820收到信號后等待16～60μs左右，后發(fā)出60～240μs的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功。由于DSl8820采用的是單線進(jìn)行控制與讀取數(shù)據(jù)，因此對操作的時序要求非常嚴(yán)格，否則由于時序不匹配，將無法完成對器件的正確操作。

2.3 控制執(zhí)行那分

(1)壁掛爐燃燒系統(tǒng)控制。控制電路采用了脈沖繼電器器件作為整個系統(tǒng)的總控部分，當(dāng)所有居室溫度均達(dá)到設(shè)定值時，停止壁掛爐的工作。該繼電器的特點是：當(dāng)線圈收到一個脈沖信號后，線圈通電，電磁鐵吸合，帶動觸頭閉合接通需要控制的電路，當(dāng)下一個信號到來后，電磁鐵吸合，觸頭斷開，切斷被控制的電源，因此其具有自鎖和信號遙控功能。由于磁鐵的作用，控制脈沖消失后滑片位置不發(fā)生變化，保持穩(wěn)定狀態(tài)，所以該器件具有功耗小、具有記憶功能。

(2)居室溫度控制。各居室溫度控制在燃燒控制系統(tǒng)工作前提下，根據(jù)各居室溫度測量返回值，采用上海歐凱電磁閥制造有限公司生產(chǎn)的OK6515自保持脈沖電磁閥控制各回路的通斷。脈沖電磁閥采用脈沖和永磁技術(shù)，只需通過控制器切換脈沖的電極觸點來改變電磁閥的開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)控制器發(fā)出電脈沖時，驅(qū)動閥芯克服永磁力產(chǎn)生上下移，使閥瓣到位后在永磁作用下處于自保持狀態(tài)。

2.4 圖形液晶顯示模塊

為了能夠提供形象直觀的用戶顯示界面，系統(tǒng)采用圖形液晶顯示模塊LCDl2864，其具有8位標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線、6條控制線及電源線，可與CPU直接接口，顯示各種字符及圖形?？紤]到系統(tǒng)中漢字的使用量少，因此選用不帶漢字庫的LCD。對于使用的漢字分別提取其字模并以二進(jìn)制形式保存于內(nèi)部FLASHROM中。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計主要依據(jù)系統(tǒng)程序流程以及DSl8820的時序要求進(jìn)行代碼編寫。為了降低開發(fā)難度，提高開發(fā)效率，系統(tǒng)開發(fā)中引入了μC/OS一Ⅱ嵌入式操作系統(tǒng)并移植了LCD顯示驅(qū)動。另一方面，為了確保對DSl8820操作時序的精確性，對DSl8820進(jìn)行初始化和讀寫代碼仍采用匯編語言。

3.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括各測溫元件的序列號表，漢字字模存儲、系統(tǒng)運行時間表存儲、各溫控點的設(shè)定值及測量值、系統(tǒng)時間的存放及一些臨時數(shù)據(jù)存儲。

為了區(qū)別多個溫度傳感器，在系統(tǒng)初始化時讀入傳感器中的64位序列號，并將其存入程序存儲空間，以便程序運行期間進(jìn)行比對，共需64 B。漢字字模采用16×16字庫進(jìn)行提取，其中每個漢字需32 B，約15個字，為了方便程序功能的升級改進(jìn)，在程序存儲空間中按20個字進(jìn)行空間分配，需要存儲空間640 B。系統(tǒng)運行時間表的設(shè)計以小時為設(shè)置單位，需要保存24個值;為了減少時間比較過程中的數(shù)據(jù)計算量以及方便編程，對每個值采用一個字節(jié)存儲，這里共需24 B存儲空間，這里仍然使用程序存儲空間進(jìn)行存儲，以便在系統(tǒng)掉電時設(shè)定值不會丟失。

3.2 系統(tǒng)程序設(shè)計

系統(tǒng)程序設(shè)計主要使用KeilC5l進(jìn)行編寫，但由于對DSl8820器件的讀寫時序要求比較嚴(yán)格，故采用匯編代碼，其中溫度讀取子程序主要代碼如下：

4 結(jié) 語

微型計算機在智能化電器發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用，而單片機經(jīng)濟實用、開發(fā)簡便，因而在工業(yè)控制、家電智能化等領(lǐng)域占據(jù)了廣泛的市場。這里針對目前溫度控制器現(xiàn)狀設(shè)計了一種新方案，利用單片機及新型測溫器件設(shè)計了一種多點溫控采暖控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠同時測量多點溫度，并根據(jù)溫度設(shè)定實時控制各回路通斷及壁掛爐的燃燒與停止，從而進(jìn)一步提高居室的舒適性以及采暖系統(tǒng)的經(jīng)濟性。