筆者在電子市場購買了一塊3.6V450mAh的鋰離子充電本文介紹一種以AT89C51單片機為核心的低成本溫度控制實驗系統。該系統采用溫度傳感器DS18820實現一線數字式測溫，經過PID算法輸出PWM波，再由PWM信號控制固態繼電器，調節熱阻絲發熱功率，最終達到控制被控對象溫度的目的，該系統還擴展了人機接口和串口通信，實現溫度設定、控制及圖像顯示。

硬件設計

1．總體設計

系統結構框圖如圖1所示，以AT89C51單片機為控制核心，DS18820電池，外型尺寸完全符合原機的內部空間要求。按照正確的正負極性焊連到電路中即可完成電池的更換工作。實際使用效果極佳，連續播放時間超過了7個小時（圖4）。測量被控溫度，外圍電路包括人機接口的按鍵與數碼顯示電路、溫度讀取與控制驅動電路以及與上位機串行通信電路。用戶通過按鍵設定加熱溫度后，系統啟動加熱“熱得快”燒水。當前水溫經過DS18820測量送給單片機，單片機經PID校正后輸出PWM信號，然后通過固態繼電器驅動熱得快加熱，最終使水溫保持在設定值上，誤差不超過O.1℃。

單片機系統通過串口與上位PC機實現通訊，上位機實現溫度、溫度曲線顯示以及PID參數的設定，用戶通過上位機可以清晰地看到設定的PID參數所產生的控制作用，如系統的微調、時間等參數。

2溫度測試模塊

系統選用美國DALLAS公司生產的單總線DS18820數字式溫度傳感器作為溫度模塊，引腳圖如下圖所示。

DS18820具有體積小、經濟、使用方便靈活、測試精度高、性價比高、CRC校驗功能等特點，溫度測量范圍為-55+125℃，可編程為9位～12位A／D轉換精度，測溫分辨率達0.0625℃，被測溫度采用帶符號位擴展的16位數字方式串行輸出。其工作電源即可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產生，多個DS18820可以并聯到3根或2根線上，CPU只需一根端口線即可與多個DS18820通信，占用微處理器的端口較少，可節省大量的引線和邏輯電路。

文中的DS18820三引腳分別接公共電源+5V、電源地和單片機P1．O引腳，具體電路如下圖所示，由于DS18820為1-WIRE器件，只需在其信號線上加一個上拉電阻到+5V電源即可。

同時，每一個DS18820均有唯一系列號，即允許在不同地方放置溫度靈敏器件，通過SearchRom指令選擇不同的DS18820芯片，實現溫度的多點監測，如HVAC環境控制、建筑物、設備或機械內溫度檢測、過程溫度監視和控制等。

3鍵盤及顯示電路模塊

本系統采用PT6961驅動控制電路同時驅動鍵盤與數碼管。PT6961為帶有鍵盤掃描接口的LED驅動控制專用電路，內部集成MCU數字接口、數據鎖存器、LED高壓驅動、鍵盤掃描等電路。主要應用于VCR、VCD、DVD及家庭影院等產品的顯示屏驅動、多種顯示模式(11段×7位～14段×4位)、鍵掃描(10×3bit)電路、灰度調節電路(占空比8級可調)，與單片機實現串行數據傳輸，節省了單片機引腳。PT6961可以自己驅動顯示和鍵盤模塊電路，可實現串行數據傳輸，同日寸對時序要求較高。

單片機的P0．6引腳與PT6961的時鐘線相連，控制時序；P0.7引腳與PT6961的片選端相連，選通芯片，P0.4、PO．5引腳與PT6961的DOUT、DIN端相連，進行數據和指令的串行傳輸，具體的傳輸數據仍由單片機編程控制。PT6961在cLOCk端產生下降沿時，讀取DIN口的數據，在clock端產生上升沿時，在DOUT口產生按鍵寄存器值可供單片機讀取。硬件連接電路如下圖所示，該芯片可以同時驅動(8～14)段×(4～7)位數碼管和3×10個按鍵，本文選用驅動6個數碼管和1×6個按鍵。

4．執行模塊

系統采用固態繼電器(SSR)控制熱得快電源，固態繼電器是一種四端器件，兩個輸人端，兩個輸出端，輸入端接控制信號，輸出端與負載、電源串聯，SSR實際是一個受控電力電子開關。

單片機經PID算法，從P1．5口輸出PWM波，經ULN2003反相驅動后，作為SSR的控制信號，如圖5所示，在固態繼電器輸出端接兩個二端口插件，方便引線串入熱得快插線中。由于SSR與熱得快接口是整個系統和電路板唯一一塊強電部分，為將其對弱電部分的干擾降到最低，弱電電路線遠離該部分電路，且不共地，接線端子的腳間距應大于SSR的腳間距。

5．串行通信模塊

本系統采用串口實現單片機與上位計算機的連接，單片機向上位機傳送溫度值，上位機顯示該值，并畫出溫度變化曲線圖，反應溫度的變化情況，同時上位機可以調整PID參數，使系統適用于不同的對象。串行通信連接如下圖所示，其中5個電容均取O．1μF的典型值，串口

DB9的5端為公共端接地端，2、3端則分別連接信號的接收端和發送端，該電路完成TTL電平與RS232電平轉換，DB9接口通過交叉串口線連接到PC機上，完成硬件的串行通信。