分布式数字恒温控制器的系统设计

　　一、引言

　　目前,有许多恒温控制设备是采用热敏电阻或者是双金属片等模拟量测量,然后采用模拟化或者是数字化的方法进行采样。这样的系统存在着一系列的不足之处:误差比较大、非线性问题严重、可以扩展的测量点数有限、可靠性低、不适合于进行分布式测量。

　　通过分析现有的一些恒温控制器的系统,可以发现它们的这些不足之处的根源在于前端温度数据采集部分和数据传输部分,它们太过于依赖于模拟量的输入。为了处理这些模拟量,系统必须附加一系列的外围器件,这些器件的添加不仅增加了系统的成本,而且增加了系统的不可靠性,同时也加大了系统的误差源。为了解决这些问题,本文设计了一个分布式的全数字式恒温控制器。

　　二、系统构架

　　1.组成部分

　　整个系统主要部分由温度测量部分和输出控制部分组成,其中温度测量部分是对外部的环境温度进行测量的关键,它有两条独立的测量系统,一条是由可以连续测温的温度传感器实现,另外一部分是采用具有开关性质输出的温度测量器件实现阈值控制;控制输出部分也是采用开关型的数字量输出端口实现控制功能。

　　(1)测量部分

　　温度测量部分是本系统的关键部分:由微控制器的两条I/O(P1.0和P1.1)引线脚连接8片MAX6575数字式温度传感器芯片;该芯片集成了温度传感器、TTL方波发生器和基准电压的数字式温度传感器芯片,它是一种数字式温度传感器芯片,将采集到的环境温度信号以频率正比于所测量的绝对温度的方波的方式输出;在加热器的附近设置成了常规的温度传感器、比较电路和基准电压的开关型温度传感器MAX6502,并通过微控制器的中断处理程序及时处理系统在正常工作中发生的异常现象;MAX232CPE是用来实现单片机和上位机进行通讯的接口芯片。

　　(2)控制部分

　　系统选择与MCS-52系列MCU完全兼容的W78F58作为微控制器,它具有32K的程序存储空间,比较适合于程序量较大的条件下;它还是一款工业级应用的微处理芯片,具有较高的可靠性,相对同等型号的MCS-52系列微控制器,它有3个计时器,而且程序运行的速度可以通过调整外部晶振的工作频率进行调节,因此,可以针对不同的工作环境设置不同的工作速度,从而提高系统的整体抗干扰能力。

　　2.工作原理

　　在微控制器W78E58的P1.0和P1.1引脚分别挂接4片数字式温度传感器MAX6575,这8片数字式温度传感器分布在恒温箱的8个测点。开始工作时,微控制器短暂的拉低I/O引脚的电平,然后就开始轮询各个测点,各个测点由于只是通过两条I/O线就全部连接到了微控制器上,为了能够将所有测点的数据都输入到微控制器中来,就只有采用分时工作的原理来进行工作。经过一段时间的延时,P1.0上的第一片MAX6575开始拉低与微控制器I/O连接的引脚的电平,此时微控制器就开始对该I/O线的电平拉低时间进行计时,由于MAX6575的输出频率和绝对温度的值成正比关系,通过MAX6575上两个引脚设定好了一定的温度和输出频率的比例系数,就可以通过计时器的数据来计算这个测点的绝对温度值,在第一片MAX6575释放I/O之后,微控制器又延时一定的时间,然后开始接受P1.0上的第二片MAX6575对I/O的控制输入,为了在时间上进行分时工作,在程序的初始化阶段已经对各个测点的MAX6575的初始延时时间进行了合理的分配和系统设定。通过这种方式就可以将挂接在P1.0和P1.1上的8片MAX6575的数据读入到微控制器中来。