第２０卷 第１７期 Ｖｏ１．２０ Ｎｏ．１７ 电子设计工程 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１２年９月 ＳｅＤ．２０１２ 基于Ｃ８０５１Ｆ０２１的智能配电数字终端温度控制 技术的设计 任仁．章国宝 （东南大学自动化学院，江苏南京２１００９６） 摘要：由于智能配电数字终端【ｌ１内部的工作温度会受到周围环境的影响，从而导致箱体内部的一些正常元器件无法 正常地工作。因此一种能自动检测温度并且实时自动调节温度的技术应运而生。通过使用Ｓｉｌｉｃｏｎ ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ公司生 产的Ｃ８０５１Ｆ系列的高速ＳｏＣ单片机结合ＤＡＬＬＡＳ公司的高精度的数字温度采集芯片ＤＳ１８２０，以及外围的扩展电 路．完成对终端内的温度的实时的精确的控制和调节。 关键词：智能配电数字终端；温度控制；Ｃ８０５１Ｆ；ＤＳ１８２０ 中图分类号： ｒＰ２３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—６２３６（２０１２）１７—０１８９—０４ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｄｉｇｉｔａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ Ｃ８０５１Ｆ０２１ ＲＥＮ Ｒｅｎ，ＺＨＡＮＧ Ｇｕｏ・ｂａｏ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｔｅｒｍｉｎａｌ ｗｉｌｌ ｂｅ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｌｅａｄｓ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｃａｎｎｏｔ ｗｏｒｋ ｎｏｒｍａｌｌｙ．Ｓｏ ａ ｋｉｎｇ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ ｄｅｔｅｃｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｒｉｓｅｓ ａｔ ｔｈｅ ｈｉｓｔｏｒｉｃ ｍｏｍｅｎｔ．Ｗｅ ｆｉｎｉｓｈ ｃｏｎｔｏｌｒｌｉｎｇ ａｎｄ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎｓｉｄｅ ｔｈｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｉｎ ｔｉｍｅ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｃ８０５１Ｆ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ＳｏＣ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ ｃｏｍｐａｎｙ ａｎｄ ｔｈｅ ＤＳ１８２０ ｄｉｇｉｔａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｇａｔｈｅｒｉｎｇ ｃｈｉｐ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ＤＡＬＬＡＳ ｃｏｍｐａｎｙ ｃｏｍｂｉｎｅ ｗｉｔｈ ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｄｉｉｇｔｌ ａｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｔｅｒｍｉｎａｌ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ；Ｃ８０５１Ｆ；ＤＳ１８２０ 随着电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产 生，给人们的生活带来了根本性的变化，单片机技术［２１的出现 给现代工业控制测控领域带来了一次新的。温度是工业 对象中主要的被控参数之一像冶金、机械、化工、食品各类工 业中，广泛使用。 加热模块：加热器的功率比较高，达林顿管已不能驱动 它，此时，笔者选用了一个５ Ｖ的继电器来驱动，而驱动继电 器就用达林顿管。 冷却模块：本模块所选用的风扇的工作电压为５ Ｖ，额定 功率为０．３ Ｗ；之前本来想用继电器来驱动风扇，但因有４个 风扇所以就得用４个继电器。太占空间。况且板子的大小本 来就很拥挤，这样还增加了成本。５ Ｖ ０．３ Ｗ的风扇，其工作 电流为６０ ｍＡ．而达林顿管ＵＬＮ２００３的输出口灌电流可以达 到５００ ｍＡ，完全可以驱动４个风扇，所以风扇就只用达林顿 管来驱动。 在现代的一般的电能表中都不具有温度控制模块的实 现，因此对于电能表外界的一些温度的影响就很难避免。但 每个芯片都有其工作的温度范围，如果超出了这个范围就意 味着芯片无法正常工作从而影响测量数据的精确度。以至于 这样的电能表只能在一般的条件下工作。一旦在特殊的条件 下（如高温或低温）便无法正常运行了。 温度检测模块：目前选用的温度传感器是数字温度传感 器。即内部自带了ＡＤ转换功能，是一款功能比较强大的芯 针对如何让电能表内的温度保持在正常工作范围内，并 能自动检测和调节温度。文中以Ｃ８０５１Ｆ０２ｌ 和ＤＳ１８Ｂ２０为 片，但内部的ＡＤ转换需要一定的时间。ｌ２位精度的温度转 换所需时间大概为８００ ｍｓ；对于本模块而言，实时性要求不 是很高，只要控制好箱体内的温度即可。在这里我用了一个 核心，提出一种智能配电数字终端的温度控制方案设计。 １ 系统总体方案设计 本设计具有５个模块，分别是： 收稿日期：２０１２—０５—２２ 稿件编号：２Ｏｌ２０５１６４ ８００ ｍｓ的定时器，这样基本能保证温度的实时性。 指示模块：该模块一共有３个指示灯，都必须放在靠板子 的外侧，分别是正常运行指示灯、冷却指示灯、加热指示灯。 作者简介：任仁（１９８８一），男，江苏盐都人，硕士研究生。 研究方向：模式识别与智能系统。 －１８９－ 《电子设计工程）２０１２年第ｌ７期 冷却指示灯为绿色，加热指示灯采用红色。 看门狗复位模块：该模块选用ＳＰ７０６ＳＥＮ．该芯片既可以 手动复位，也可以设置一个看门狗程序，定时喂狗。 图１系统总体设计框图 Ｆｉｇ．１ Ｓｙｓｔｅｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ２系统硬件设计 ２．１ ＡＣ—ＤＣ模块 该模块选用了金升阳ＬＢ系列的芯片，该系列芯片的全 球通用电压输入范围为８５～２６４ＶＡＣ。具有过流保护和短路保 护，并且纹波和噪声都比较低，功耗小、工作效率高。 Ｃ２ ０ Ｕ Ｆ ＧＮＤ 图２ ＡＣ．ＤＣ模块 Ｆｉｇ．２ ＡＣ－ＤＣ ｍｏｄｕｌｅ ２．２温度采集模块： 选用ＤＡＵＡＳ公司的单线数字温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０￣。 其特性如下： １）独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯； ２）简单的多点分布应用； ３）无需外部器件： ４）可通过数据线供电： ５）零待机功耗： ６）测温范围一５５～＋１２５ ｏＣ，以０．５℃递增。华氏器件一 ６７～＋２５７ Ｆ，以０．９ Ｆ递增； ７）温度以９位 １２位数字量读出； ８）温度数字量转换时间２００ ｍＳ（典型值）； ９）用户可定义的非易失性温度报警设置； １０）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： １１）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。 ２．３ ５Ｖ转３．３Ｖ模块 该模块选用了ＡＭＳ１１１７—３．３这款芯片，该芯片是一款正 电压输出低压差的三端线性稳压电路。在输出１ Ａ时，输入 输出的电压差典型值为１．８ Ｖ。该芯片内部还集成过热保护 和限流电路．确保了芯片和电源系统的稳定性。 —－１９０－ ｙｃＣ ４．７ｋＱ 图３温度采集电路 Ｆｉｇ．３ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ＡＨＳ１１１７ Ｃ５ ０．１ 图４电压转换电路 Ｆｉｇ．４ Ｖｄｔ￣ｅｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｃｉｒｃｕｉｔ ２．４ ＪＴＡＧ ＴＣＫ为测试时钟输入；ＴＤＩ为测试数据输入，数据通过 ＴＤＩ引脚输入ＪＴＡＧ接口；ＴＤＯ为测试数据输出．数据通过 ＴＤ０引脚从Ｊ’ｒＡＧ接口输出；ＴＭＳ为测试模式选择，ＴＭＳ用 来设置ＪｒＩ１ＡＧ接口处于某种特定的测试模式；ＴＲＳＴ为测试复 位，输入引脚，低电平有效。 ３．３ＶＤＤ Ｇ Ｕ 图５程序下载电路 Ｆｉｇ．５ Ｐｒｏｇｒａｍ ｄｏｗｎｌｏａｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ２．５看门狗复位模块 该模块选用ＳＰ７０６ＳＥＮ，该芯片既可以手动复位，也可以 设置一个看门狗程序，定时喂狗；如果程序跑飞了，那么当过 了一定的时间没喂狗的话，该芯片会自动复位，从而让单片 机程序重新开始运行。 选用ＳＰ７０６ＳＥＮ。该芯片的特性如下： １）高精度低电压监控器； ２）的看门狗定时器一溢出周期１．６ ｓ（ＳＰＴＯ６Ｐ／ＳＩＰ４ｒ）； ３）去抖ＴｒｌＪＣＭＯＳ手动复位输入； ４）ＷＤＩ可以保持为浮空，以禁止看门狗功能。 ２．６ ＭＣＵ模块 选用了Ｃ８０５１Ｆ０２１．这是５ｌ系列单片机中性能最强大的 任仁．等基于Ｃ８０５１Ｆ０２１的智能配电数字终端温度控制技术的设计 ２５ ＭＩｆ ）； ２）全速、非侵入式的在系统调试接口（片内）； ３）真正１２位（Ｃ８０５１Ｆ０２０）、１００ ｋｓｐｓ的８通道ＡＤＣ， 带ＰＧＡ和模拟多路开关： ４）真正８位５００ ｋｓｐｓ的ＡＤＣ，带ＰＧＡ和８通道模拟多 路开关： ｐＦ ５）两个１２位ＤＡＣ，具有可编程数据更新方式； ６）６４Ｋ字节可在系统编程的ＦＬＡＳＨ存储器； ７）４３５２（４Ｏ９６＋２５６）字节的片内ＲＡＭ； Ｇ Ｄ ８）可寻址６４Ｋ字节地址空间的外部数据存储器接口： 图６复位电路 ９）硬件实现的ＳＰＩ、ＳＭＢｕｄ Ｉ２Ｃ和两个ＵＡＲＴ串行接口； Ｆｉｇ．６ Ｒｅｓｅｔ ｃｉ￣ｕｉｔ １０）５个通用的１６位定时器； 单片机［句。其特点如下： ｌ１）具有５个捕捉，比较模块的可编程计数器，定时器阵列； １）高速、流水线结构的８０５１兼容的ＣＩＰ一５１内核（可达 １２）片内看门狗定时器、ＶＤＤ监视器和温度传感器。 Ｃ１４ 图７主控芯片 Ｆｉｇ．７ Ｍａｓｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ＭＣＵ ２．７指示模块 可以理解为指示灯亮一秒灭一秒） 该模块一共有３个指示灯，都必须放在靠板子的外侧， ２．８加热模块 分别是正常运行指示灯、冷却指示灯、加热指示灯。冷却指示 加热的工作原理为：首先该模块有加热装置，当环境温 灯为绿色．加热指示灯采用红色。 度小于温度设定值（即一１５。Ｃ）时，启动加热装置，同时启动一 模块正常运行时，正常指示灯每隔一秒闪烁一次：当模 个电风扇使终端内部的空气流动起来，以达到终端内温度基 块处于加热状态时，正常指示灯保持不变的状态（还是每秒 本一致。 闪烁一次），加热指示灯也每秒闪烁一次；同理，冷却状态时， 加热器的功率比较高，达林顿管已不能驱动它，此时，我 正常指示灯同理，冷却指示灯每秒闪烁一次。（每秒闪烁一次 用了一个５ Ｖ的继电器来驱动．而驱动继电器就用达林顿管。 －１９１—— 《电子设计工程）２０１２年第ｌ７期 跑飞了，那么当过了一定的时间没喂狗的话，该芯片会自动 复位，从而让单片机程序重新开始运行。 正常 Ｂ ＬＥＤ１ 加热Ｒ 冷 ＬＥＤ３ 图１０为系统软件总体流程图。 开 ＬＥＤ２ 开启定时中断，ｌｓ读取一次温度值 正 常 运 行 灯 图８指示电路 Ｆｉｇ．８ Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ ｅｉｒｃｕｉ 考虑到板子的尺寸有限，而且供电的电压只有５ Ｖ，所以 选了一个５ Ｖ ３ Ｗ的 Ｃ铝壳加热器。 ＲＥＬＡＹ５Ｖ ２００３Ａ 启 动 加 热 片 加 热 指 示 灯 重 冷 击Ⅱ 冷 却 工 看 门 狗 复 位 指 示 指 不 誊 灯 灯 图１０系统软件总体流程图 Ｆｉｇ．１０ Ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｓｙｓｔｅｍ ｓｏ￣ｔｗｓｒｅ ｌｏｗ ｃｈａｒｆｔ ＩＮ１ ＯＵＴ１ ＩＮ２ ＯＵＴ２ ＩＮ３ ＯＵＴ３ ＩＮ４ ＯＵＴ４ ＩＮ５ ＯＵＴ５ ＩＮ６ ＯＵＴ６ ＩＮ７ ＯＵＴ７ ＧＮＤ ＣＯＭ ４结束语 文中介绍了一种基于Ｃ８０５１Ｆ系列单片机的温度控制系 统。该设计在实际工作中能够比较好地对终端内部的温度进 行实时自动．能将箱体内部的温度保持在一个正常地工 作范围内。随着科学技术的发展。智能电网的编程技术哙越 图９加热模块电路 Ｆｉｇ．９ Ｈｅａｔ ｃｉｒｃｕｉｔ 来越成熟。智能终端会越来越多地应用到日常生活中来，而 终端内部的温度控制就会越来越重要，对于不同的终端其温 度控制方案也会越来越多，越来越精密。因此，温度控制技术 ３系统软件设计 冷却模块：冷却的工作原理为：该模块一共有４个小电 风扇。２个从壳体外部吸收空气，另外２个从壳体内部向外部 吹空气，从而形成空气的流通，以达到降温的作用。启动冷却 功能有２个温度控制设定值，即一级温度设定值和二级温度 设定值，一级温度设定值为４Ｏ。Ｃ，二级温度设定值为５５。Ｃ。 当温度大于以及温度设定值时开启一个吸气电风扇和一个 吹气电风扇；而当温度大于二级温度设定值时，开启２个吸 开启两 禽餐 也会随着科技的发展而快速发展。 参考文献： 【１】 杨蕾．智能配电网络监测终端的设计【Ｄ】．武汉：华中师范 大学．２００７． ［２】胡汉才．单片机原理及其接口技术［Ｍ】．北京：清华大学出 版社．１９９５． 【３】张俊谟．ＳｏＣ单片机原理与应用一基－ｔ－Ｃ８０５１Ｆ系列【Ｍ】．北 京：北京航空航天大学出版社．２００７． 气电风扇和２个吹气电风扇。 加热模块：加热的工作原理为：首先该模块有加热装置， 当环境温度小于温度设定值（即一１５。Ｃ）时，启动加热装置，同 时启动一个电风扇使终端内部的空气流动起来，以达到终端 内温度基本一致。 ［４］庞阡宵．基ｆｆ－Ｃ８０５１的ＣＡＮ多点实时数据通信系统 ．电子 科技，２０１１（１１）：ｌ９—２１，２４． ＰＡＮＧ Ｑｉａｎ—ｘｉａｏ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ＣＡＮ ｍｕｌｔｉ－ｐｏｉｎｔ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｄａｔａ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｃ８０５ １田．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１ １（１１）：１９—２１，２４． 指示模块：模块正常运行时，正常指示灯每隔一秒闪烁 一【５】阎石．数字电子技术基础【Ｍ】．北京：高等教育出版社， １９９９． 次；当模块处于加热状态时，正常指示灯保持不变的状态 （还是每秒闪烁一次），加热指示灯也每秒闪烁一次；同理，冷 【６】李华．Ｍ ＣＳ一５１系列单片机实用接口技术［Ｍ】．北京：北京 航空航天大学出版社．１９９３． 却状态时，正常指示灯同理，冷却指示灯每秒闪烁一次。（每 秒闪烁一次可以理解为指示灯亮一秒灭一秒）。 看门狗复位模块：该模块选用ＳＰ７０６ＳＥＮ．该芯片既可以 手动复位，也可以设置一个看门狗程序，定时喂狗；如果程序 ［７】ＥＰＲＩ ＵＳ，ＥＤＦ Ｒ＆Ｄ．Ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ ｏｆ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｇｒｉｄ Ｒ＆Ｄ Ｐｒｏｇｒａｍｓ［Ｒ］．Ｃｌａｍａｒｔ，Ｆｒａｎｃｅ：ＥＰＲＩ，Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ， ＣＡ．ＵＳＡ ａｎｄ ＥＤＦ Ｒ＆Ｄ，２００６． 欢迎订阅２０１２年度《电子设计工程》（半月刊） 国内邮发代号：５２—１４２ ——国际发行代号：Ｍ２９９６ 订价：１５．０Ｏ元，期３６０．Ｏ０元／年 １９２－
