11-PAGE單片機(jī)水溫控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案案例目錄TOC\o"1-3"\h\u22498單片機(jī)水溫控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案案例 -1-132431.1溫度傳感器分類與選擇 -1-175181.1.1常見測(cè)溫方法 -1-176111.1.2溫度傳感器分類 -1-37791.1.3溫度傳感器的選擇 -2-267191.2總體方案的確定 -3-1.1溫度傳感器分類與選擇日常生活中溫度是常常遇到的一個(gè)物理量，同時(shí)也是科研生產(chǎn)中最基本、最常見的常量之一。很多場(chǎng)合都需要對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)控，而溫度測(cè)控又離不開溫度傳感器，從而，熟悉正確的測(cè)溫方法和溫度傳感器的使用方法非常重要[4]。1.1.1常見測(cè)溫方法物體受熱后溫度就會(huì)升高，任何兩個(gè)不同溫度的物體接觸則必然發(fā)生熱交換，直至兩物體的溫度達(dá)到平衡。因此，可以選用某種溫度傳感器和被測(cè)物體相接觸進(jìn)行溫度測(cè)量，此方法稱作接觸式測(cè)溫法。接觸式測(cè)溫法用于較低的溫度測(cè)量。同時(shí)，物體受熱溫度升高的同時(shí)伴隨著熱輻射，從而，可以利用溫度傳感器接收到被測(cè)物體在不同溫度下輻射出的不同能量值來測(cè)量溫度，此方法稱作非接觸式測(cè)溫法。非接觸式測(cè)溫法用于高溫測(cè)量[5]。1.1.2溫度傳感器分類按輸出量類型可分為模擬溫度傳感器與數(shù)字溫度傳感器。按測(cè)溫方式可分為接觸式溫度傳感器與非接觸式溫度傳感器。按傳感器類型可分為分立式溫度傳感器與模擬集成式溫度傳感器以及智能溫度傳感器。模擬溫度傳感器輸出的模擬量信號(hào)是隨溫度的變化而變化的。優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度較快，但MPU（微處理器）的接口較復(fù)雜。數(shù)字溫度傳感器輸出的數(shù)字量是隨溫度變化，它輸出響應(yīng)速度較慢，但MPU的接口簡(jiǎn)便。工程中常見的幾類溫度傳感器的簡(jiǎn)單介紹如下[6]。1、熱電阻式溫度傳感器熱電阻溫度傳感器是指采用熱敏電阻溫度系數(shù)隨溫度而變化的特性制成的溫度傳感器。大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻值都隨溫度升高而增大。因?yàn)橐话慵兘饘俚臏囟认禂?shù)都比合金的溫度系數(shù)要高，所以熱電阻溫度傳感器都選用純金屬作為熱電阻的組件。2、熱敏電阻式溫度傳感器熱敏電阻溫度傳感器是指利用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻制成的溫度傳感器，其電阻率受溫度的影響較大，隨溫度的升高而減少。優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，體積小，壽命長(zhǎng)，工作穩(wěn)定，易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量；缺點(diǎn)是互換性差，非線性度非常嚴(yán)重。3、模擬集成式溫度傳感器模擬集成式溫度傳感器是一種于20世紀(jì)80年代面世，采用硅半導(dǎo)體工藝而制成的溫度傳感器。屬于一種最簡(jiǎn)單的集成式溫度傳感器。其主要特點(diǎn)有測(cè)溫誤差、價(jià)格低、小功能單一、傳輸距離遠(yuǎn)、響應(yīng)速度快、微功耗、體積小，特別適合在距離較遠(yuǎn)的情況先實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)控，同時(shí)也不用非線性校準(zhǔn)。4、熱電偶式溫度傳感器作為一種傳統(tǒng)的溫度傳感器，其測(cè)溫范圍一般為-50℃到+1600℃，最高甚至可測(cè)+2800℃，同時(shí)測(cè)量精度較高。另外，熱電偶產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，使用時(shí)易于選擇，可方便地用計(jì)算機(jī)做線性補(bǔ)償，因此，至今在測(cè)溫領(lǐng)域內(nèi)仍被廣泛使用，它的理論基礎(chǔ)是建立在熱電效應(yīng)上，將熱能轉(zhuǎn)化為電能。5、智能溫度傳感器智能溫度傳感器于20世紀(jì)90年代中期面世。如今，已有很多著名的集成電路生產(chǎn)商已研制出了上千種智能溫度傳感器。智能溫度傳感器主要具有以下三個(gè)特點(diǎn)：第一，能輸出適用于各種微處理器的溫度數(shù)據(jù)和相關(guān)控制量；第二，能以多種簡(jiǎn)便方式組成多功能、高性價(jià)比的智能溫度測(cè)控系統(tǒng)；第三，其智能化程度完全取決于系統(tǒng)軟件的編寫水平，系統(tǒng)硬件只是起到為系統(tǒng)軟件搭建能實(shí)現(xiàn)功平臺(tái)的作用。除了溫度傳感器之外，其內(nèi)部包含了接口電路、A/D模塊以及存儲(chǔ)器模塊。甚至有些產(chǎn)品還包含了中央處理器、多路控制器、ROM和RAM。1.1.3溫度傳感器的選擇在闡述溫度傳感器的選擇原則之前，首先介紹測(cè)量控制系統(tǒng)中適用于各種傳感器的選擇的總原則。1、選擇傳感器的總原則現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬(wàn)別，怎樣合理地根據(jù)具體的測(cè)控目的、測(cè)控對(duì)象和測(cè)控環(huán)境選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，通常是單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)首先面臨的問題。只有在合理選擇了傳感器選定之后，才能確定與之相配套的測(cè)控電路。測(cè)控系統(tǒng)的成敗，很大程度都取決于測(cè)量所用的傳感器選擇的是否合理。2、溫度傳感器的選擇溫度傳感器被廣泛應(yīng)用于各類消費(fèi)電子產(chǎn)品、家用電子產(chǎn)品、玩具、工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)和個(gè)人應(yīng)用中。傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器是最常用的溫度傳感器元件，而集成溫度傳感器特點(diǎn)是測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗，適合在較遠(yuǎn)距離的情況先實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)控，同時(shí)也不用非線性校準(zhǔn)，同時(shí)其外圍輔助電路也十分簡(jiǎn)單，也正因?yàn)橥瑫r(shí)具有以上諸多優(yōu)點(diǎn)，已然成為國(guó)內(nèi)外溫度測(cè)控領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的溫度傳感器之一。綜上所述，不同的傳感器具有不同的應(yīng)用場(chǎng)合，由于在溫度測(cè)控系統(tǒng)中，傳感器是前向通道的關(guān)鍵部件，因此選擇合適的傳感器是非常重要的。選擇的原則要考慮溫度范圍、溫控精度、測(cè)溫場(chǎng)合、價(jià)格等幾方面的因素。1.2總體方案的確定考慮到該系統(tǒng)功能較少，由普通單片機(jī)即可實(shí)現(xiàn)。而89C52單片機(jī)具有重量輕、體積小、對(duì)環(huán)境要求不高、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、價(jià)格低廉、靈活性好等優(yōu)點(diǎn)，故本系統(tǒng)選用89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)主控制器。在溫度采集方面，選用單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集。DS18B20數(shù)字溫度傳感器提供9到12位溫度數(shù)據(jù)，指示器件的溫度數(shù)據(jù)經(jīng)單線接口送入DS18B20送出，所以主控器器和DS18B20的連接僅需一跟數(shù)據(jù)線和地信號(hào)線，讀寫數(shù)據(jù)以及溫度變換所需電源均可由數(shù)據(jù)線自身提供，不需要連接外部電源。在上文中已提及，熱敏電阻式溫度傳感器的互換性差，非線性度嚴(yán)重。而數(shù)字溫度傳感器DS18B20接線簡(jiǎn)單，輸出量為能直接作為單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)的數(shù)字量，而且只是在一般環(huán)境下測(cè)量，無(wú)論在線性范圍、穩(wěn)定性、靈敏度，還是在精度方面，具