基于51单片机的多点温度控制系统设计文库

奚建荣

( 渭南师范学院.. 陕西渭南.. 714000) 

摘.. 要: 针对目前壁挂炉采暖中温度控制不准确的现状, 以单片机为控制中心, 采用Dallas 公司的.. 一线总线.. 数字化温

度传感器DS18B20 以及脉冲控制器件, 设计一款多点测温及温度控制系统; 系统能够同时测量多点温度, 并根据温度设定实

时控制各回路通断及壁挂炉的燃烧与停止, 从而进一步提高居室的舒适性及采暖系统的经济性。

关键词: 51 单片机; DS18B20; 多点温度检测; 温度控制系统

中图分类号: T P274.. .. .. .. .. 文献标识码: B .. .. .. .. .. 文章编号: 1004..373X( 2009) 02..186..03 

Multi..point Temperature Control System Based on 51 Single Chip Computer 

XI Jianr ong 

(Weinan T eachers U niv ersity ,Weinan, 714000, China) 

Abstract: A mult i..po int t em perat ur e contr ol system based on MCS..51 single chip computer is desig ned to solv e the 

inaccurate pro blem of curr ent temperatur e co nt ro l sy stem. Using DS18B20, " 1..Wire" digit al thermometer, and the compo nent 

co nt ro lled by elect ric pulse. Acco rding to the temperatures go t from multi..po int temper ature sensor , it can co ntr ol heat ing 

water circuit and the bur ning o r shutting of the stov e. It makes the r oom more comfo rtable and enhances t he efficiency of the 

heating system. 

Keywords: single chip computer; DS18B20; mult i..po int temperature measur ement; temper ature contro l sy stem 

收稿日期: 2008..04..28 

基金项目: 渭南师范学院科研基金项目( 07YKZ057) 

.. .. 随着生活水平的提高, 人们对家居需求由面积需求

变为舒适需求。地板采暖采用辐射方式供暖, 符合人体

生理需求曲线, 如果控制系统选取得当, 不仅可以提高

房间舒适度, 更可以使系统运行费用降低许多。如今一

般是在典型位置安装一个温控装置, 温控装置连接到壁

挂炉, 温控器根据室温和温度设定直接控制锅炉运行, 

各房间不同回路由工作人员凭经验手动调节分水器球

阀, 改变不同回路的流量, 从而达到调节各房间的室温

的效果。使用这种控制方法, 即使是有经验的工作人

员, 也难以调节得十分准确, 何况各家庭成员由于年龄

不同, 所需舒适温度不同, 需要经常对室温进行调节。

针对以上问题, 利用SST E5RC 单片机及新型

测温器件设计了多点温控采暖控制系统, 根据室内各点

温度设定实时控制采暖系统, 从而提高居室的舒适性以

及采暖的经济性。

1 .. 系统设计目标

系统总体设计思想是以SST E5RC 单片机为

控制核心, 整个系统硬件部分包括温度检测部分、控制

执行部分、显示及键盘系统及最小系统基本电路。系统

利用单片机获得温度传感器数据并与系统设计值进行

比较, 根据比较结果分别控制执行系统。温度控制系统

控制框图如图1 所示。

图1 .. 系统控制流程图

2 .. 系统硬件设计

根据系统所需完成的功能, 设计系统硬件结构如

图2所示。

2. 1 .. 控制核心

系统采用SST E5RC 单片机作为控制核心, 进

行温度采集、信息显示及执行机构的控制。

SSTE5RC 是美国SST 公司推出的高可靠、小扇区

186 

元器件与应用奚建荣: 基于51 单片机的多点温度控制系统设计

结构的FLA SH 单片机, 内部嵌入72 KB 的Super.. 

Flash, 1 KB 的RAM, 通过对其RAM 做进一步扩展, 

可满足嵌入系统操作系统的运行条件。

图2.. 多点温控系统原理图

2. 2 .. 温度传感器

温度传感器采用Dallas 半导体公司的数字化温度

传感器DS18B20。该传感器支持.. 一线总线..接口, 可

方便地进行多点温度测量, 还可以程序设定9~ 12 位的

分辨率, 最高精度为.. 0. 062 5 .. , 分辨率设定及用户

设定的报警温度存储在E2PROM 中, 掉电后依然保存。

该产品支持3~ 5. 5 V 的电压范围, 因其体积小使系统

设计更灵活、方便。DS18B20 的管脚排列如图3 所示, 

其中DQ 为数字信号输入/ 输出端; GND 为电源地; 

VDD 为外接供电电源输入端。

图3 .. DS18B20 管脚

DS18B20 内部结构主要由4 部分组成:  位光刻

ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器T H 和

TL、配置寄存器。

光刻ROM 中的 位序列号是出厂前被光刻好

的, 它可以看作是该DS18B20 的地址序列码。光刻

ROM 的作用是使每一个DS18B20 都各不相同, 这样就

可以实现1 根总线上挂接多个DS18B20 的目的。

DS18B20 温度传感器的内部存储器包括9 B 高速

暂存RAM 和1 B 非易失性的可电擦除的E2PROM, 后

者存放高温度和低温度触发器T H, T L 和结构寄存器, 

该字节第7 位( TM) 为0, 低5 位一直都是1, 第6, 5 位

( R1 , R0 ) 用来设置分辨率, 如表1 所示。

根据DS18B20 的通信协议, 主机控制DS18B20 完

成温度转换必须经过3 个步骤: 每一次读写之前都要对

其进行复位, 复位成功后发送1 条ROM 指令, 最后发

送RAM 指令, 这样才能对DS18B20 进行预定的操作。

复位要求主CPU 将数据线下拉500 ..s, 然后释放, 

DS18B20 收到信号后等待16 ~ 60 ..s 左右, 后发出

60~ 240 ..s的存在低脉冲, 主CPU 收到此信号表示复

位成功。由于DS18B20 采用的是单线进行控制与读取

数据, 因此对操作的时序要求非常严格, 否则由于时序

不匹配, 将无法完成对器件的正确操作。

表1 .. DS18B20 温度测量分辨率表

R1 R0 

分辨率

/ b 

测量

精度

温度最大

转换时间/ m s 

0 0 9 0. 5 93. 75 

0 1 10 0. 25 187. 5 

1 0 11 0. 125 375 

1 1 12 0. 062 5 750 

2. 3 .. 控制执行部分

( 1) 壁挂炉燃烧系统控制。控制电路采用了脉冲

继电器器件作为整个系统的总控部分, 当所有居室温度

均达到设定值时, 停止壁挂炉的工作。该继电器的特点

是: 当线圈收到一个脉冲信号后, 线圈通电, 电磁铁吸

合, 带动触头闭合接通需要控制的电路, 当下一个信号

到来后, 电磁铁吸合, 触头断开, 切断被控制的电源, 因

此其具有自锁和信号遥控功能。由于磁铁的作用, 控制

脉冲消失后滑片位置不发生变化, 保持稳定状态, 所以

该器件具有功耗小、具有记忆功能。

( 2) 居室温度控制。各居室温度控制在燃烧控制

系统工作前提下, 根据各居室温度测量返回值, 采用上

海欧凯电磁阀制造有限公司生产的OK6515 自保持脉

冲电磁阀控制各回路的通断。脉冲电磁阀采用脉冲和

永磁技术, 只需通过控制器切换脉冲的电极触点来改变

电磁阀的开关状态, 当控制器发出电脉冲时, 驱动阀芯

克服永磁力产生上下移, 使阀瓣到位后在永磁作用下处

于自保持状态。

2. 4 .. 图形液晶显示模块

为了能够提供形象直观的用户显示界面, 系统采用

图形液晶显示模块LCD128, 其具有8 位标准数据总

线、6 条控制线及电源线, 可与CPU 直接接口, 显示各

种字符及图形。考虑到系统中汉字的使用量少, 因此选

用不带汉字库的LCD。对于使用的汉字分别提取其字

模并以二进制形式保存于内部FLASHROM 中。

3 .. 系统软件设计

系统软件设计主要依据系统程序流程以及

DS18B20 的时序要求进行代码编写。为了降低开发难

度, 提高开发效率, 系统开发中引入了..C/ OS.. ..嵌入

式操作系统并移植了LCD 显示驱动。另一方面, 为了

确保对DS18B20 操作时序的精确性, 对DS18B20 进行

初始化和读写代码仍采用汇编语言。

3. 1 .. 系统数据结构

系统所需数据结构包括各测温元件的序列号表, 汉

字字模存储、系统运行时间表存储、各温控点的设定值

187 

..现代电子技术..2009 年第2 期总第2 期.. .. 新型元器件..

及测量值、系统时间的存放及一些临时数据存储。

为了区别多个温度传感器, 在系统初始化时读入传

感器中的 位序列号, 并将其存入程序存储空间, 以便

程序运行期间进行比对, 共需 B。汉字字模采用

16 .. 16字库进行提取, 其中每个汉字需32 B, 约15 个

字, 为了方便程序功能的升级改进, 在程序存储空间中

按20 个字进行空间分配, 需要存储空间0 B。系统

运行时间表的设计以小时为设置单位, 需要保存24 个

值; 为了减少时间比较过程中的数据计算量以及方便编

程, 对每个值采用一个字节存储, 这里共需24 B 存储空

间, 这里仍然使用程序存储空间进行存储, 以便在系统

掉电时设定值不会丢失。

3. 2 .. 系统程序设计

系统程序设计主要使用KeilC51 进行编写, 但由于

对DS18B20 器件的读写时序要求比较严格, 故采用汇

编代码, 其中温度读取子程序主要代码如下: 

GET_TEM: .. 

MOV .. .. .. .. DPTR, DS_T ABLE .. ; 指向器件序号表入口

LOOP: .. MOV R7, 7.. .. ; 逐个读取温度

MOV .. .. A, # 055H .. .. .. ; ROM 匹配

LCALL WRITE_SERIAL 

LCALL DELAY 

MOV A, # 44H .. .. .. ; 发出温度转换命令

LCALL WRITE_1820 

LCALL DELAY.. .. .. ; 延时750 ..s( 12 位) 

LCALL INIT_1820 .. .. .. ; 准备读温度前先复位

LCALL DELAY 

LCALL WRITE_1820 

MOV A, # 0BEH .. .. .. ; 发出读温度命令

LCALL WRITE_1820 

LCALL READ_18200 .. .. ; 保存读出的温度数据

DJNZ.. R7, LOOP 

.. .. CLR P1. 4 

RET 

4 .. 结.. 语

微型计算机在智能化电器发展中起着至关重要的

作用, 而单片机经济实用、开发简便, 因而在工业控制、

家电智能化等领域占据了广泛的市场。这里针对目前

温度控制器现状设计了一种新方案, 利用单片机及新型

测温器件设计了一种多点温控采暖控制系统, 该系统能

够同时测量多点温度, 并根据温度设定实时控制各回路

通断及壁挂炉的燃烧与停止, 从而进一步提高居室的舒

适性以及采暖系统的经济性。

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作者简介.. 李.. 婷.. 女, 1984 年出生, 河南信阳人, 硕士研究生。主要从事光机电一体化仪器方面的研究工作。

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元器件与应用奚建荣: 基于51 单片机的多点温度控制系统设计