基于STC15單片機(jī)的分布式溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張威

（淮南聯(lián)合大學(xué)　教務(wù)處，安徽　淮南　232001）

基于STC15單片機(jī)的分布式溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張威

（淮南聯(lián)合大學(xué)教務(wù)處，安徽淮南232001）

以提高廠房的實(shí)際溫度控制效率為目的，本系統(tǒng)選用STC15系列單片機(jī)為主控芯片，DS18B20為溫度信息采集器，運(yùn)用485總線的通訊方式，簡(jiǎn)單靈活的組態(tài)形式，高效簡(jiǎn)潔的控制方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)際溫度的有效控制.首先介紹了控制系統(tǒng)的主要芯片，然后詳細(xì)闡述控制系統(tǒng)硬件組成和軟件設(shè)計(jì)，最后分析了本文設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)在實(shí)際的過程控制中應(yīng)用效果，并提出了以單片機(jī)為核心的溫度控制系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)應(yīng)用中的有效性與合理性.

STC15單片機(jī)；485總線；溫度傳感器

隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，各種企業(yè)廠房越來越多，但由于工作車間通常容易溫度過高而不利于工作，因此精確的溫度測(cè)量及有效的控制變得愈發(fā)重要，需要根據(jù)實(shí)時(shí)溫度高低來控制通風(fēng)機(jī)換氣.面對(duì)實(shí)際中的具體應(yīng)用要求，就需要一種簡(jiǎn)單、方便、靈活、高效的智能溫度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的有效控制.基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)具有組態(tài)簡(jiǎn)單、控制靈活、易于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際的應(yīng)用中效果顯著，必然會(huì)有很好的應(yīng)用前景.

1　芯片介紹

主控芯片選擇是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它不僅要滿足大內(nèi)存、高速率等要求，同樣要求具有良好的通用性以及低廉的價(jià)格.單片機(jī)是集CPU、RAM、ROM、I/O接口和中斷系統(tǒng)等多個(gè)部件于一體的一套完整的片上系統(tǒng)，體積雖小但功能強(qiáng)大.系統(tǒng)選擇STC15F2K60S2作為主控芯片，它是宏晶科技的最新1T單片機(jī)，無需要外部晶振和復(fù)位電路、片內(nèi)超大SRAM、超強(qiáng)抗干擾能力、超低功耗，能夠滿足系統(tǒng)的需求.

DS18B20是Dallas公司的一款數(shù)字溫度計(jì)，它能提供9位（二進(jìn)制）溫度數(shù)值.DS18B20的信息輸入與輸出經(jīng)過同一根連接線，因此它與單片機(jī)之間的連接只需要一根數(shù)據(jù)線，電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源.每一個(gè)DS18B20都設(shè)定有一個(gè)全球唯一的序列號(hào)，因此可以將任意多個(gè)DS18B20連接到同一條總線上.由于它具有體積小巧，接口方便，傳輸距離較遠(yuǎn)等明顯優(yōu)勢(shì)，因此選用DS18B20為本系統(tǒng)的溫度信息采集器.

485總線相比232具有布線簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠，有更遠(yuǎn)的通信距離，具有抑制共模干擾的能力，是工業(yè)上用來控制電機(jī)最常見的一種總線.MAX485 是Maxim公司的一款常用的RS485轉(zhuǎn)換芯片，其中5腳和8腳是電源引腳，1腳和4腳分別接到單片機(jī)的RXD和TXD引腳上即可，直接使用單片機(jī)UART進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和發(fā)送.

2　溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1硬件電路的開發(fā)

本文以5路溫度傳感器DS18B20采集5路溫度值為例，搭建出一個(gè)小的分布式控制系統(tǒng)模型.主機(jī)和從機(jī)的信息處理均由STC15單片機(jī)來完成，包括信息的傳送控制、信號(hào)的分析處理、人機(jī)界面的顯示.每個(gè)從機(jī)實(shí)現(xiàn)一路溫度的采集，采集得到的溫度值實(shí)時(shí)顯示在從機(jī)的液晶屏上，同時(shí)將溫度值經(jīng)485總線傳輸給主機(jī)，主機(jī)上能實(shí)時(shí)顯示出5路溫度值.每一路從機(jī)同時(shí)控制一臺(tái)交流風(fēng)機(jī)，通過對(duì)溫度的設(shè)定對(duì)比分析，智能調(diào)整風(fēng)機(jī)的風(fēng)速.在實(shí)際的應(yīng)用中，可以加上一些例如鍵盤、報(bào)警器等外圍設(shè)備，方便對(duì)設(shè)定的溫度值進(jìn)行調(diào)整，對(duì)特殊情況提示預(yù)警，進(jìn)一步完善整個(gè)系統(tǒng).

2.2系統(tǒng)框架

整個(gè)系統(tǒng)框架由主機(jī)和從機(jī)兩大部分組成，如圖1所示.主機(jī)要完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)定，以及實(shí)時(shí)處理信息的顯示.從機(jī)則主要由溫度采集模塊、液晶顯示模塊、從機(jī)控制器模塊、交流風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器模塊和交流風(fēng)機(jī)5個(gè)部分組成.溫度采集模塊要完成實(shí)時(shí)溫度信息的采集與轉(zhuǎn)換，形成數(shù)字量溫度值，由從機(jī)單片機(jī)進(jìn)行處理后顯示在液晶屏上，同時(shí)將溫度值經(jīng)485傳遞至主機(jī)進(jìn)行處理并顯示在主機(jī)液晶顯示屏里.在實(shí)際的控制中，檢測(cè)的溫度值送給單片機(jī)與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)發(fā)現(xiàn)廠房某個(gè)區(qū)域的溫度偏高與事宜溫度時(shí)，單片機(jī)控制交流驅(qū)動(dòng)電路調(diào)高風(fēng)機(jī)排風(fēng)速度；當(dāng)發(fā)現(xiàn)廠房某個(gè)區(qū)域的溫度偏低與事宜溫度時(shí)，單片機(jī)控制交流驅(qū)動(dòng)電路調(diào)低風(fēng)機(jī)排風(fēng)速度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)廠房溫度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的控制.

圖1　系統(tǒng)硬件框圖

3　溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的軟件主要是采用C語言編寫，通過編程設(shè)定實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)功能模塊的控制.程序分為兩部分:主機(jī)程序（圖2所示）和從機(jī)程序（圖3所示）.

主機(jī)上電后程序先對(duì)各功能模塊進(jìn)行初始化，然后用循環(huán)查詢的方式不斷調(diào)用讀取溫度、處理溫度、顯示溫度、鍵盤掃描等程序模塊.5路從機(jī)將DS18B20采集來的溫度值經(jīng)485總線傳輸給主程序進(jìn)行處理，主程序主要完成對(duì)參考值的設(shè)定和各從機(jī)溫度信息的收集與顯示，根據(jù)具體情況調(diào)用各個(gè)功能模塊.

圖2 主機(jī)程序流程圖

圖3　從機(jī)程序流程圖

從機(jī)在剛上電時(shí)，先對(duì)進(jìn)行串口和液晶屏模塊初始化.每間隔0.5S接收由主機(jī)發(fā)送來的一次命令，從機(jī)根據(jù)串口標(biāo)識(shí)符判斷是否是自己的中斷命令，如果是就將標(biāo)志位flag置1，而后從機(jī)就不斷的調(diào)用溫度采集程序讀取數(shù)字溫度值，并向主機(jī)傳輸.同時(shí)根據(jù)相應(yīng)的溫度值與設(shè)定值做對(duì)比，按照具體情況做相應(yīng)的處理.

4　分析與總結(jié)

本文設(shè)計(jì)的基于STC15單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，具有研制成本低、精度高、可靠性強(qiáng)、操作靈活、可擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn).經(jīng)過實(shí)際的應(yīng)用驗(yàn)證，控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)高效的檢測(cè)到環(huán)境溫度的變化.由于明確的控制邏輯使得系統(tǒng)精確穩(wěn)定，高性能、低功耗的單片機(jī)為系統(tǒng)提供的有力的保障.說明單片機(jī)控制系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)的工業(yè)生產(chǎn)中是非常實(shí)用的，具有很強(qiáng)的推廣價(jià)值和較好的應(yīng)用前景.

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