DS18820数字式温度传感器制作低成本温度控制实验系统

笔者在电子市场购买了一块3.6V450mAh的锂离子充电本文介绍一种以AT89C51单片机为核心的低成本温度控制实验系统。该系统采用温度传感器DS18820实现一线数字式测温，经过PID算法输出PWM波，再由PWM信号控制固态继电器，调节热阻丝发热功率，最终达到控制被控对象温度的目的，该系统还扩展了人机接口和串口通信，实现温度设定、控制及图像显示。

硬件设计

1．总体设计

系统结构框图如图1所示，以AT89C51单片机为控制核心，DS18820电池，外型尺寸完全符合原机的内部空间要求。按照正确的正负极性焊连到电路中即可完成电池的更换工作。实际使用效果极佳，连续播放时间超过了7个小时（图4）。测量被控温度，外围电路包括人机接口的按键与数码显示电路、温度读取与控制驱动电路以及与上位机串行通信电路。用户通过按键设定加热温度后，系统启动加热“热得快”烧水。当前水温经过DS18820测量送给单片机，单片机经PID校正后输出PWM信号，然后通过固态继电器驱动热得快加热，最终使水温保持在设定值上，误差不超过O.1℃。

单片机系统通过串口与上位PC机实现通讯，上位机实现温度、温度曲线显示以及PID参数的设定，用户通过上位机可以清晰地看到设定的PID参数所产生的控制作用，如系统的微调、时间等参数。

2温度测试模块

系统选用美国DALLAS公司生产的单总线DS18820数字式温度传感器作为温度模块，引脚图如下图所示。

DS18820具有体积小、经济、使用方便灵活、测试精度高、性价比高、CRC校验功能等特点，温度测量范围为-55+125℃，可编程为9位～12位A／D转换精度，测温分辨率达0.0625℃，被测温度采用带符号位扩展的16位数字方式串行输出。其工作电源即可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生，多个DS18820可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线即可与多个DS18820通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。

文中的DS18820三引脚分别接公共电源+5V、电源地和单片机P1．O引脚，具体电路如下图所示，由于DS18820为1-WIRE器件，只需在其信号线上加一个上拉电阻到+5V电源即可。

同时，每一个DS18820均有唯一系列号，即允许在不同地方放置温度灵敏器件，通过SearchRom指令选择不同的DS18820芯片，实现温度的多点监测，如HVAC环境控制、建筑物、设备或机械内温度检测、过程温度监视和控制等。

3键盘及显示电路模块

本系统采用PT6961驱动控制电路同时驱动键盘与数码管。PT6961为带有键盘扫描接口的LED驱动控制专用电路，内部集成MCU数字接口、数据锁存器、LED高压驱动、键盘扫描等电路。主要应用于VCR、VCD、DVD及家庭影院等产品的显示屏驱动、多种显示模式(11段×7位～14段×4位)、键扫描(10×3bit)电路、灰度调节电路(占空比8级可调)，与单片机实现串行数据传输，节省了单片机引脚。PT6961可以自己驱动显示和键盘模块电路，可实现串行数据传输，同日寸对时序要求较高。

单片机的P0．6引脚与PT6961的时钟线相连，控制时序；P0.7引脚与PT6961的片选端相连，选通芯片，P0.4、PO．5引脚与PT6961的DOUT、DIN端相连，进行数据和指令的串行传输，具体的传输数据仍由单片机编程控制。PT6961在cLOCk端产生下降沿时，读取DIN口的数据，在clock端产生上升沿时，在DOUT口产生按键寄存器值可供单片机读取。硬件连接电路如下图所示，该芯片可以同时驱动(8～14)段×(4～7)位数码管和3×10个按键，本文选用驱动6个数码管和1×6个按键。

4．执行模块

系统采用固态继电器(SSR)控制热得快电源，固态继电器是一种四端器件，两个输人端，两个输出端，输入端接控制信号，输出端与负载、电源串联，SSR实际是一个受控电力电子开关。

单片机经PID算法，从P1．5口输出PWM波，经ULN2003反相驱动后，作为SSR的控制信号，如图5所示，在固态继电器输出端接两个二端口插件，方便引线串入热得快插线中。由于SSR与热得快接口是整个系统和电路板唯一一块强电部分，为将其对弱电部分的干扰降到最低，弱电电路线远离该部分电路，且不共地，接线端子的脚间距应大于SSR的脚间距。

5．串行通信模块

本系统采用串口实现单片机与上位计算机的连接，单片机向上位机传送温度值，上位机显示该值，并画出温度变化曲线图，反应温度的变化情况，同时上位机可以调整PID参数，使系统适用于不同的对象。串行通信连接如下图所示，其中5个电容均取O．1μF的典型值，串口

DB9的5端为公共端接地端，2、3端则分别连接信号的接收端和发送端，该电路完成TTL电平与RS232电平转换，DB9接口通过交叉串口线连接到PC机上，完成硬件的串行通信。