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子情境3：太阳能热水器温度控制. 任务 1. 太阳能热水器温度显示. 任务 2. 太阳能热水器加热温度控制. 子情境3：太阳能热水器温度控制. 任务 4. 一、任务描述. 二、任务分析. 三、相关知识. 四、任务实施. 五、深化与训练. 任务1 太阳能热水器温度显示. 一、任务描述. 在日常生活中经常需要采集温度数据，比如空调器、电磁炉、电冰箱等，本次任务主要是太阳能热水器控制器采集水的温度并通过数码管显示出来，包括数据采集，数据处理和数据显示等知识。. 二、任务分析.
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任务1 太阳能热水器温度显示 任务2 太阳能热水器加热温度控制 子情境3：太阳能热水器温度控制 任务4
一、任务描述 二、任务分析 三、相关知识 四、任务实施 五、深化与训练 任务1 太阳能热水器温度显示
一、任务描述 在日常生活中经常需要采集温度数据，比如空调器、电磁炉、电冰箱等，本次任务主要是太阳能热水器控制器采集水的温度并通过数码管显示出来，包括数据采集，数据处理和数据显示等知识。
二、任务分析 由于温度是非电学物理量，要对非电学物理量进行显示或处理，必须将其转换成电学物理量（电压或电流），这种转换的器件就是传感器，随着科技的发展，传感器的种类越来越多，集成度越来越高，本任务就是通过温度传感器检测水温，将其接收到的数据通过单片机显示出来。重点是掌握温度传感器和单片机的接口电路及驱动程序的设计。
（一）传感器的含义传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的电学量（如电压、电流、电容等）的一种组件，起自动控制作用。一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，如：（一）传感器的含义传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的电学量（如电压、电流、电容等）的一种组件，起自动控制作用。一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，如： 非电物理量 敏感元件 转换器件 转换电路 电学量 三、相关知识
（二）DS18B20智能温度控制器新的“一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济 。Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器。它使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20、 DS1822 测量温度范围为 -55°C~+125°C，在-10~+85°C范围内,精度为±0.5°C。DS1822的精度较差为± 2°C 。“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制类消费电子产品等。
DS18B20的内部结构 主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列: DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。
DS18B20温度传感器的存储器内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM。暂存存储器包含了8个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位。DS18B20温度传感器的存储器内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM。暂存存储器包含了8个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位。
该字节各位的意义如下： TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是1 ，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率，如下表所示：
这是我们用AT89C51实验开发板做的温度测量试验，DS18B20的正电源就是红线接＋5伏，兰线接地，棕色线接P2.2，+5V和信号线之间有一个4.7K的上拉电阻，硬件就这么简单.这是我们用AT89C51实验开发板做的温度测量试验，DS18B20的正电源就是红线接＋5伏，兰线接地，棕色线接P2.2，+5V和信号线之间有一个4.7K的上拉电阻，硬件就这么简单.
四、任务实施 单片机与DS18B20及显示部分的硬件连接如下： 源程序（见电子课件）
五、深化与训练 除了DS12B80数字式温度传感器之外，还有很多其它温度传感器，在此作简要介绍。 （一）热电阻 导体的电阻值随温度变化而改变，通过测量其阻值推算出被测物体的温度，利用此原理构成的传感器就是电阻温度传感器，主要用于-200—500℃温度范围内的温度测量。 热电阻的材料应具有以下特性： ①电阻温度系数要大而且稳定，电阻值与温度之间应具有良好的线性关系。 ②电阻率高，热容量小，反应速度快。 ③材料的复现性和工艺性好，价格低。热敏电阻温度特性 ④在测温范围内化学物理特性稳定。
（二）集成模拟温度传感器 1、AD590温度传感器 AD590是美国模拟器件公司的电流输出型温度传感器，供电电压范围为3~30V，输出电流223μA（-50℃）~423μA（+150℃），灵敏度为1μA/℃。当在电路中串接采样电阻R时，R两端的电压可作为喻出电压。
2、LM135/235/335温度传感器 该系列是美国国家半导体公司（NS）生产的一种高精度易校正的集成温度传感器。器件灵敏度为10mV/K，具有小于1Ω的动态阻抗，工作电流范围从400μA到5mA，精度为1℃，LM135的温度范围为-55℃~+150℃，LM235的温度范围为-40℃~+125℃，LM335为-40℃~+100℃。封装形式有TO-46、TO-92、SO-8。该系列器件广泛应用于温度测量、温差测量以及温度补偿系统中。
(三)逻辑输出型温度传感器 在许多应用中，我们并不需要严格测量温度值，只关心温度是否超出了一个设定范围，一旦温度超出所规定的范围，则发出报警信号，启动或关闭风扇、空调、加热器或其它控制设备，此时可选用逻辑输出式温度传感器。LM56、MAX6501-MAX6504、MAX6509/6510是其典型代表。
任务2 太阳能热水器加热温度控制 一、任务描述 二、任务分析 三、相关知识 四、任务实施 五、深化与训练
一、任务描述 本任务是根据实际项目考虑，设计一个简单实用的太阳能热水器加热温度控制系统，当水温较低时可以通过电加热来弥补冬天光照不足的情况，从而不影响热水器的使用。
二、任务分析 水温测量电路的设计包括传感器的选择和测量电路的选择。考虑到性价比等原因，市场上大部分太阳能热水器的温度传感器都选用NTC负温度系数热电阻，本系统也选用这种。
（一）方案比较选择温度测量方案很多，下面通过比较选择合适的测量方法。 1.热电阻A/D转换式水温传感器A/D转换式水温传感器的原理是，利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性，将随温度变化的电阻信号转化为变化的电压信号，然后将这个电压信号经放大处理成0—5V的电压信号，最后经A/D转换变成数字信号送给单片机。这种电路测量比较精确，但A/D转换的价格较贵，会加大成本，另外需占用8个数据口和两个片选口及两个控制口共12个I/O口。2．RC充放电式热电阻水温传感器测量电路RC充放电式热电阻水温传感器测量电路的原理与前面提到的RC充放电式水位传感器测量电路原理完全相同，只要把水位电阻换成热电阻就可以了。 三、相关知识
（二）水温测量电路的设计及温度计算方法1．水温测量电路（二）水温测量电路的设计及温度计算方法1．水温测量电路
2．水温计算方法NTC 热敏电阻的阻值与温度的准确关系为:
四、任务实施 硬件电路图如下：
参考程序如下： void TmRead() { uint val; val=buf[3]*256+buf[2]; if(val<7549) TMP=97-int(val*8/1000); else if(val<20000) TMP=50-int(val/1000); else TMP=30-int(val*5/10000); } void int1_int(void) interrupt 2//外部中断1，测水温 { EX1=0; EX0=1; TR0=0; buf[2]=TL0; buf[3]=TH0; }
五、深化与训练 水位、水温测量电路的整体设计。 由前面的分析知道，作为充电口P1口的作用相当于电源（充电时）或地（方电时），所以可以用同一个口为两个冲放电回路充电，两个回路是独立的。LM393和LM358 都是双运放、8脚DIP封装，恰好用于水位和水温检测两路。下图是实际的水位和水温测量电路图。 以P1.0口作为水位和水温电路的公共充0放电口，以INTO作为水位测量电路的中断检测口，以INT1作为水温测量电路的中断检测口。
