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　　在眾多測溫系統(tǒng)中，測溫元件通常選用熱敏電阻、半導(dǎo)體測溫二極管以及集成模擬溫度傳感器等。中間環(huán)節(jié)由低通濾波、多路切換、信號放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換等幾部分組成。由于以上各類溫度傳感器及其他器件的互換性較差，溫漂和非線性誤差較大，因此，整個測溫系統(tǒng)的測量誤差也隨之增大。同時，由于中間環(huán)節(jié)較多，系統(tǒng)的抗干擾性能也不理想，測量度相對較低。隨著對環(huán)境的檢測與控制的要求越來越高，以及各種精密技術(shù)(如納米技術(shù))的飛速發(fā)展，研發(fā)具有測量度高、使用簡單、不易受環(huán)境干擾等特點(diǎn)的數(shù)字式溫度傳感器勢在必行。
　　本文介紹的高度數(shù)字溫度測控儀具有下列功能特點(diǎn)：測量度高(優(yōu)于0.05℃)、測量范圍為-55℃～+125℃；用192*64點(diǎn)陣式液晶顯示器，實(shí)現(xiàn)中文顯示，操作簡便、靈活；有64kb帶掉電保護(hù)的數(shù)據(jù)存儲器，在不接上位機(jī)的情況下，可存儲大量數(shù)據(jù)，以便查詢、打印、報表輸出；無需外接電路，一臺儀表可直接連接8路溫度傳感器。容易實(shí)現(xiàn)多路溫度測量；通過串行口與PC機(jī)連接，PC機(jī)可進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)顯示、存儲、打印，也可發(fā)送命令控制測控儀表。

二 硬件設(shè)計(jì)

　　本溫度測控儀用低功耗、高度的數(shù)字溫度傳感器DS1624完成溫度測量，系統(tǒng)的原理如圖1所示。以具有低功耗和高功能集成特點(diǎn)的STC89C516RD為微控制器。用輕便、抗干擾強(qiáng)的開關(guān)電源模塊提供所需的不同電壓。各種溫度控制參數(shù)、溫度值等數(shù)據(jù)通過點(diǎn)陣式液晶顯示器LG19264-SLV實(shí)現(xiàn)全中文顯示。用低功耗、高速讀寫的DS1225Y實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)存儲。通過RS-485收發(fā)器，控制器和上位機(jī)相連接。通過數(shù)字量輸出驅(qū)動報警、加熱或其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)。用4*4矩陣式鍵盤完成各種參數(shù)的設(shè)定與功能的選擇。用漢字針式微型打印機(jī)WH4008A15實(shí)現(xiàn)漢字打印。
　　作為儀器的控制核心，選擇一款合適的微控制芯片是非常關(guān)鍵的。本設(shè)計(jì)采用的CPU是STC公司的STC89C516RD。它是一種8位微控制器，與標(biāo)準(zhǔn)的8052*兼容。它有64k+8k Flash存儲器和1024B的RAM。具有看門狗功能。其在系統(tǒng)可編程ISP(In-System Programm-　ability)功能非常有利于對器件的多次編程或反復(fù)編程，很容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程升級和調(diào)試。
　　數(shù)據(jù)采集用數(shù)字溫度傳感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬溫度傳感器，避免了信號在傳輸過程中所受的各種干擾，使測量更準(zhǔn)確、電路更簡單。所用的溫度傳感器是美國Dallas Semiconductor公司生產(chǎn)的數(shù)字式溫度傳感器DS1624，它測溫范圍寬、讀數(shù)穩(wěn)定、分辨力高、無須外接電路、與單片機(jī)接口簡單、抗外界*力強(qiáng)。DS1624支持I²C總線協(xié)議，測溫范圍是-55℃～+125℃，分辨力為0.03125℃。通過標(biāo)定，其度可優(yōu)于0.05℃。它內(nèi)部帶有256B的E2PROM，可用作標(biāo)定后修正數(shù)據(jù)的存儲器。它有兩種工作方式：單次溫度測量和連續(xù)溫度測量方式。本儀表選用連續(xù)溫度測量方式，CPU可不停地讀取溫度值。由于DS1624的SDA、SCLK兩端子均為漏極開路I/O，所以必須給其加上拉電阻。如需實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度測量，可增加DS1624的數(shù)量，相應(yīng)地改變軟件進(jìn)行輪流采樣即可。通過對地址A2、A1、A0作不同的調(diào)整，一片控制器可直接控制8片傳感器，接法如圖2所示。
　　數(shù)據(jù)存儲采用低功耗、高速讀寫的DS1225Y。它為64kb、全靜態(tài)非易失RAM，自帶有鋰電池和控制電路?？刂齐娐愤B續(xù)監(jiān)視VCC是否超出容差范圍，一旦超出容差范圍，鋰電池便自動切換至供電狀態(tài)、寫保護(hù)將無條件使能、防止數(shù)據(jù)(如：設(shè)定參數(shù)，測量溫度)被破壞。掉電期間數(shù)據(jù)被自動保護(hù)。該器件沒有寫次數(shù)限制，可直接與微處理器接口、不需要額外的支持電路。在沒有外部電源的情況下，數(shù)據(jù)zui少可保存10年。其大容量保證了大量測量結(jié)果存儲在DS1225Y中，供以后進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。
　　單片機(jī)與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送經(jīng)過RS-485收發(fā)器，選用75LBC184芯片，半雙工通信?？刂破髋c上位機(jī)或其他設(shè)備之間可實(shí)現(xiàn)雙向通信功能。
　　通過PID算法運(yùn)算后的數(shù)字量輸出必須經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換變?yōu)槟M量后才能控制加熱裝置。從而達(dá)到溫度控制的目的。本儀器采用可編程雙通道D/A轉(zhuǎn)換器TLC5618。其分辨力可達(dá)到1.3mV，*控制度的要求。
　　實(shí)時時鐘模塊選用美國Dallas公司的DS12887串行時鐘芯片，它具有低功耗、高度、可靠穩(wěn)定、外圍接口簡單等優(yōu)點(diǎn)，可自動產(chǎn)生時間信息。通電時，DS1288內(nèi)部集成的充電電路便自動對其內(nèi)部的可充電電池充電，充足一次電可供芯片時鐘運(yùn)行半年之久，正常工作時可保證時鐘數(shù)據(jù)10年內(nèi)不會丟失。
　　點(diǎn)陣式液晶顯示器LCD采用三星公司的LG19264-SLV。通過編程建立字庫，可實(shí)現(xiàn)中文顯示。打印輸出選用煒煌公司的漢字針式微型打印機(jī)WH4008A15。

三 軟件設(shè)計(jì)

　　整個系統(tǒng)使用C語言進(jìn)行模塊化程序設(shè)計(jì)，包括：參數(shù)初始化、溫度測量、PID調(diào)節(jié)、LCD顯示、按鍵處理、數(shù)據(jù)存儲、打印和通信模塊。若要增加或刪減系統(tǒng)的某些功能，只需更改相應(yīng)的程序模塊即可。該溫控儀的主程序模塊流程如圖3所示。
　　由于溫控對象普遍具有時變性、慣性大、純滯后等特點(diǎn)。對于一般的溫度測量，用中值數(shù)字濾波的方法提高測量的度。對于恒溫控制，采用PID控制。采取變速積分措施，防止或消除系統(tǒng)出現(xiàn)的積分飽和現(xiàn)象。變速積分的規(guī)律是設(shè)法改變積分項(xiàng)的累加速度，使其與偏差大小相對應(yīng)，即偏差小時，提高積分累加速度，以增強(qiáng)積分作用；偏差大時，降低積分的累加速度，以減弱積分的作用。PID算法的各參數(shù)需根據(jù)不同的監(jiān)控對象進(jìn)行多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)來確定。
　　對于抗干擾方面，通過軟件陷阱、指令冗余等方法進(jìn)行處理，以保證系統(tǒng)正?？煽康毓ぷ鳌?BR>　　上位機(jī)用VB編程，完成數(shù)據(jù)的顯示、存儲、生成報表、報警輸出以及對下位機(jī)參數(shù)的設(shè)定等功能。