随着我国经济的发展，科学研 究深入推进，温度监测与控制系统在工业设计、智能仪表、日常家用电器等领域的应用越为广泛，基于单片机设计的电子产品有着广阔的应用市场和发展前景。
DSl8820是Dallas公司生产的一款数字温度传感器，超小体积，超低硬件开销，抗干扰能力强，精度高，附加功能强。DSl8820的温度检测与数 字数据输出集成于，一个芯片上，单总线数据通信，二进制输出，分辨率{zg}可达12位，检测温度范围为-55～+125 ℃，具有限温报警功能。同时，DSl8820内置EEPROM、64位光刻ROM，支持多点组网，根据需要把多个DSl8820并联在{wy}的三总线上，便 可实现组网多点测温，便于温控系统的扩展和升级。

1 系统工作原理
为实现被控对象温度的冷热调节，所设计的温度控制系统以AT89S51单片机作为控制核心，包括温度采样模块、温度显示模块、执行模块、过欠温指示模块以 及小键盘等外同电路。系统时钟频率为12 MHz，采用智能集成化器件DSl8820来监测被控对象，将温度值转换为带符号的数字信号，通过单总线输出，实现了温度采集、转换与变送的功能，有利于 简化电路。考虑到单片机的直流输出驱动能力，采用三极管、74LS244和74LS07来驱动相应的外围集成电路。温度数据通过4个并行共阳极的LED动 态显示，并自行搭建小键盘来实现被控对象目标温度的设定。执行模块利用固态继电器SSR进行光电隔离，实现小功率直流电控制220 V交流电通断，使得控制加热管通断、风扇启停的继电器带电或失电，并采用大功率的风扇和加热管以实现有效的温度冷热调节。系统中采用不同颜色的LED灯指 示系统的工作运行状态，红色发光二极管亮表示温度过高或过低报警，绿色发光二极管亮则表示系统工作正常。系统组成如图1所示。

在核心控制处理模块AT89S51单片机中，为了有效抑制从DSl8820传来的温度数字信号的随机误差，提高系统的测量精度和抗干扰性，在 AT89S51单片机的控制程序中加入数字滤波子程序。数字滤波平滑处理尽可能xx系统随机误差的影响，从软件方面提高系统的抗干扰能力。并利用 MATIAB对测温数据进行拟合，从而进一步校正测量温度值，使测量值更逼近xx值。

2 系统硬件设计
2．1 电源及温度显示模块
为避免信号之间的串扰，采用5 V直流电源分别为单片机、键盘、固态继电器控制模块、8段数码管供电，并提供上电复位电压。同时为风扇和400 W加热器提供220 V交流电。
温度显示模块采用4个8段数码管显示温度。为稳定显示，采用总线延时的动态显示方式。驱动电路和位选分别由74IS244、74LS07搭建组成。
2．2 小键盘模块
小键盘模块自行搭建，由复位键、确认键、加1键和TAB键等4个按键组成。键盘电路简单明了，满足设定被控对象目标温度的人机交互要求。各个按键的功能说 明如表1所示。

2．3 温度数据采集
DSl8820采用单总线专用技术，通过I／O端口线与单片机相接，无须经过其他变换电路便可直接输出被测温度值(12位二进制数，含符号位)。其引脚功 能分别为：VDD引脚接工作电源，当工作于寄生方式时，此引脚必须接地；DQ引脚用于数据输入／输出；GND引脚接地。
在该系统中DSl8820与单片机的接口电路，如图2所示，VDD经1 kΩ的上拉电阻与外部电源相接，GND接地，DQ通过单总线与单片机P0．0口相连。

DSl8820测量温度与输出温度之间的关系如表2所示，输出温度为12位的二进制数，存储在DSl8820两个8位的RAM中，二进制数的前5位是符号 位。

2．4 固态继电器驱动模块
本 设计中选用交流型固态继电器SSR，它是一种输入控制电流小、带光电隔离器的无触点开关。通过控制SSR输入端直流电的通断便可控制输出端交流电的通断， 而且启动性能平稳，对电网辐射干扰小。固态继电器控制电路见系统总电路图(图2)，在负载端由100 Ω和0．1μF组成串接电路，用于对风扇、加热管进行过电压保护。
2．5 AT89S51单片机控制模块
AT89S5l是整个系统的控制核心，其内置Flash ROM，用于存放用户程序。DSl8820所感测的温度数字信号和用户目标温度作为输入信号，经控制程序处理后发出相应的控制信号，显示系统工作状态、被 控对象温度值，以及控制SSR直流端的通、断电，从而控制风扇、加热管的通断电，实现被控对象温度的冷热调节。总电路图(图2)中虽然给出DSl8820 与单片机的接口电路、固态继电器控制电路，但由于DSl8820和执行设备设置在被控对象现场，因而在实际中要留出相应的信号传输线。

3 系统软件设计
软件部分采用程序模块化设计，便于各个功能的调试和实现。系统软件程序主要由主程序、功能实现和运算控制3个模块组成。
3．1 主程序模块
主程序模块采用循环查询直至中断退出，以达到温控系统冷热自动控制的目的。主程序流程如图3所示。

3．2 运算控制模块
运算控制模块包括数字滤波、PID算法、温度传感器 控制3个子程序。数字滤波由限速滤波实现，限速滤波能充分利用每一个采样值，保证了采样的实时性和采样值变化的连续性。限速滤波子程序流程如图4所示。

PID算法由积分分离PID算法实现，采用积分分离的方法，在被控量开始监控时取消积分作用，在温度值接近目标值时才产生积分作用，有效降低系统启、停次 数频繁给系统带来的振荡。积分分离PID算法为：

式中，Y(K)为温度的目标设定值，C(K)为经数字滤波后的温度测量值，△Y为设定的{zd0}允许偏差值。根据此算法思想 可用汇编语言编程实现积分分离PID算法。
DSl8820控制子程序按照DSl8820的通信协议编制，包括DSl8820初始化，DSl8820读、写控制子程序，分别按照相应的规则说明进行编 程实现。
3．3 功能实现模块
功能实现模块包括温度值设置、温度显示、固态继电器通断控制以及系统运行状态显示等 子程序，其中在温度显示子程序中要完成各个位置段码的调用、数码管的选通以及数据总线的稳定(一般采用延时几ms实现)。

4 系统调试
系统调试主要进行PID参数的整定和温度值的系统误差校正。PID参数及系统其它参数的整定首先采用经验值，再逐个细调，以满足控制精度要求。根据表3的 实验数据，利用MATLAB进行一维曲线拟合，校正系统误差，从而得到更准确的测量数据。

　

MATLAB拟合过程和结果如图5所示。图5中“O”表示(检测值，标准值)，“*”表示(检测值，拟合值)，一维曲线拟合方程为：y=0．994 8x-O．399 6，经数字滤波后的采样值再采用此方程处理便可得到更为xx的测量值。

5 结束语
本文从应用角度出发，给出了温控系统冷热调节详细的硬件和软件设计，充分利用DSl8820单总线测温的准确性和便捷性，并使用限速滤波、积分分离PID 算法、MATLAB一维曲线拟合等方法来提高系统的可靠性和测量值的xx性。但信号传输线的抗干扰、键盘按键消抖等方面还不够完善，而且采用MATLAB 进行处理的实验数据采样不够充分，未考虑在测量过高或过低温度时的温度漂移情况，因此系统的设计有待进一步的深入与完善。