温度监测控制系统设计方案.doc

温度监测控制系统设计方案 第一章 总体设计方案 1.1 计设要求 (1)基本范围-50℃-110℃ (2)精度误差小于0.5℃ (3)LED数码直读显示 (4)可以任意设定温度的上下限报警功能 1.2系统基本设计方案 方案一：采用热电阻温度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。 铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工业性好，电阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。缺点是价格贵，温度系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。按IEC标准测温范围-200～650℃，百度电阻比W（100）=1.3850时，R0为100Ω和10Ω，其允许的测量误差A级为±（0.15℃+0.002 |t|），B级为±（0.3℃+0.005 |t|）。 铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。在工业中用于-50～180℃测温。 方案二：采用DS18B20温度传感器，由于温度测量的普遍性，温度传感器的市场份额大大增加，居传感器首位。数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。现在，新一代的DS18B20温度传感器体积更小、更经济、更灵活。DS18B20温度传感器测量温度范围为-55～+125。在-10～+85范围内，精度为±0.5。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。 2.1.1 DS1820温度传感器特性 ? 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯 ? 简单的多点分布应用 ? 无需外部器件 ? 可通过数据线供电 ? 零待机功耗 ? 测温范围-55~+125℃，以0.5℃递增。华氏器件-67~+2570F，以0.90F 递增 ? 温度以9 位数字量读出 ? 温度数字量转换时间200ms（典型值） ? 用户可定义的非易失性温度报警设置 ? 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件 ? 应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统 2.1.2 DS1820 供电的方法 DS1820 供电的方法是从VDD 引脚接入一个外部电源。这样做的好处是I/O线上不需要加强上拉，而且总线控制器不用在温度转换期间总保持高电平。这样在转换期间可以允许在单线总线上进行其他数据往来。另外，在单线总线上可以挂任意多片DS1820，而且如果它们都使用外部电源的话，就可以先发一个Skip ROM 命令，再接一个Convert T 命令，让它们同时进行温度转换。注意当加上外部电源时，GND 引脚不能悬空。温度高于100℃时，不推荐使用寄生电源，因为DS1820 在这种温度下表现出的漏电流比较大，通讯可能无法进行。在类似这种温度的情况下，强烈推荐使用DS1820 的VDD 引脚。对于总线控制器不知道总线上的DS1820 是用寄生电源还是用外部电源的情况，DS1820 预备了一种信号指示电源的使用意图。总线控制器发出一个Skip ROM 协议，然后发出读电源命令，这条命令发出后，控制器发出读时间隙，如果是寄生电源，DS1820 在单线总线上发回“0”，如果是从VDD 供电，则发回“1”，这样总线控制器就能够决定总线上是否有DS1820 需要强上拉。如果控制器接收到一个“0”，它就知道必须在温度转换期间给I/O 线提供强上拉。 64 位（激）光刻ROM每只DS1820 都有一个唯一的长达64 位的编码。最前面8 位是单线系列编码（DS1820 的编码是19h）。下面48 位是一个唯一的序列号。最后8 位是以上56 位的CRC 码。（见图5）64位ROM 和ROM 操作控制区允许DS1820 做为单线制器件并按照详述于“单线总线系统”一节的单线协议工作。只有建立了ROM 操作协议，才能对DS1820 进行控制操作。这个协议用ROM 操作协议流程图来描述（图6）。单线总线控制器必须得天独厚提供5 个ROM 操作命令其中之一：1）Read ROM，2）Match ROM，3）Search Rom，4）Skip ROM，5）Alarm Search。成功进行一次ROM 操作后，就可以对DS1820 进行特定的操作，总线控制器可以发出六个存储器和控制操作命令中的任一个。CRC 发生器DS1820 中有8 位CRC 存储在64 位ROM 的最高有效字节中。总线控制器可以用64 位ROM 中的前56 位计算出一个CRC 值，再用这个和存储在DS1820 中的值进行比较，以确定ROM 数据是否被总线控制器接收无误。CRC 计算等式如下： CRC=X8+X5+X4+1DS1820 同样