基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

1、<p>　　基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)</p><p>　　摘要：紡織業(yè)是我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，印染控制的核心是溫度控制，溫度控制的好壞直接影響染布的質(zhì)量。本文以51系列單片機為核心、從硬軟件分析印染溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機；印染；溫度控制 </p><p>　　中圖分類號： J523.2文獻標(biāo)識碼：A </p&g

2、t;<p><b>　　引言 </b></p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度等都是常用的被控參數(shù)。比如：在化工生產(chǎn)、機械制造等領(lǐng)域中，我們都必須對各種加熱爐、反應(yīng)爐的溫度加以檢測與控制。通常情況下，對溫度的檢測和控制可以借助單片機來實現(xiàn)，這主要是因為單片機不僅體積較小，而且重量非常輕便，具有很強的抗干擾能力，另外，對環(huán)境沒有很高的要求等優(yōu)點。即便不是電子專業(yè)的人員

3、，經(jīng)過自己不斷的對單片機理論知識的學(xué)習(xí)，再加上一定的實踐經(jīng)驗，也能開發(fā)會預(yù)期的單片機系統(tǒng)。而文章所探討的單片機的溫度控制系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的例子，相信廣大學(xué)者憑借自己的聰明才智，將單片機系統(tǒng)廣泛應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，從而提高工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的數(shù)量與質(zhì)量，使單片機在市場中占有較大的比例，利用最科學(xué)設(shè)計為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟效益。 </p><p>　　二．設(shè)計思想及功能 </p><p>　　

4、為滿足系統(tǒng)對溫度的控制要求，本設(shè)計包括硬件電路設(shè)計和軟件設(shè)計2部分。硬件電路設(shè)計主要包括：控制電路、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換；外部硬件包括接口、鍵盤和顯示器3部分。軟件部分主要運用MCS-51系列單片集中的8051單片機為主控制器，通過軟件設(shè)計實現(xiàn)人機對話功能及溫度控制。主程序是本系統(tǒng)的監(jiān)控程序，用戶可通過監(jiān)控程序監(jiān)控系統(tǒng)工作。 </p><p>　　三．硬件、軟件設(shè)計 </p>&

5、lt;p><b>　　1.溫度檢測部分 </b></p><p>　?、贌犭娕嫉姆N類及結(jié)構(gòu)形式。A.熱電偶的種類。常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶2大類。B.熱電偶的結(jié)構(gòu)形式。為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作。 </p><p>　　②熱電偶冷端的溫度補償。由于熱電偶的材料一般都較貴重，而測溫點到儀表的距離都很遠，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補償

6、導(dǎo)線把熱電偶的冷端延伸到溫度較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。 </p><p>　　③熱電阻測溫原理及材料。熱電阻測溫基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性測量溫度。 </p><p>　?、軣犭娮璧慕Y(jié)構(gòu)。A.精通型熱電阻。從熱電阻的測溫原理可知，被測溫度的變化直接通過熱電阻阻值的變化來測量。B.鎧裝熱電阻。 </p><p>　?、轃犭娮铚y溫系統(tǒng)的組成

7、。熱電阻測溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導(dǎo)線和顯示儀表等組成。 </p><p><b>　　2.變換器 </b></p><p>　?、俟δ芙榻B。測量范圍：5%～98%RH；溫度測量范圍：-50～200℃；溫度精度：±0.25℃；輸出：4～20mA，0～20mA，0～10V； </p><p>　　防護等級：IP67；負(fù)載：電流小于500

8、歐，電壓大于10000歐；供電：24VAC；工作溫度：傳感器-4～+150℃，變送器：-5～+50℃。 </p><p>　?、谔攸c。采用全密封防水結(jié)構(gòu)，對傳感器采用燒結(jié)頭防塵處理、保證其在粉塵環(huán)境可靠工作；工作溫度范圍廣，量程寬、響應(yīng)時間短；有探頭分體安裝形式，可分離2m引線。 </p><p>　　③工作原理。利用環(huán)境溫度、濕度變化引起材料電特性變化的原理進行溫、濕度測量。整機采用進口

9、熱敏器件，溫敏芯片進行信號處理，并將其整理為標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。 </p><p><b>　?、苜Y源分配 </b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計思想，對單片機進行地址分配如下：地址位50H～51H用來存儲當(dāng)前的檢測溫度，高位在前；地址位52H～53H用來存儲預(yù)設(shè)溫度，高位在前；54H～56H為采用BCD碼存儲的溫度顯示緩沖區(qū)，分別表示百十個位；59H～7FH為堆棧區(qū)；

10、報警標(biāo)志位為PSW.5位，F(xiàn)0為0時表示禁止報警，F(xiàn)0為1時表示允許報警。系統(tǒng)初始化時上述地址中的內(nèi)容均為0。 </p><p>　　單片機的接口分配如下：I/O口的P1.0～P1.3為鍵盤輸入端口；P1.6～P1.7為報警和電爐控制端口。 </p><p>　　若系統(tǒng)溫度不是非常高，A/D轉(zhuǎn)換器使用ADC0809即可滿足要求。 </p><p><b>

11、　　3.軟件系統(tǒng)設(shè)計 </b></p><p>　　硬件電路設(shè)計完之后，再進行的就是軟件設(shè)計的工作，通常單片機的工作必須要做到軟硬件相結(jié)合，因為許多的硬件功能都是需要依靠軟件的支持來實現(xiàn)的，所以軟件的設(shè)計也至關(guān)重要，其成功與否關(guān)系著單片機工作的穩(wěn)定性與可靠性。一般在軟件的設(shè)計中，主程序的功能是將定時器與 I/O 接口初始化，另外需要依靠中斷程序來控制與檢測溫度，而中程序則是單片機初始化過程與CPU 的

12、終端。AT89C51單片機共有5個中斷源。各個中斷源的功能在總體設(shè)計時就已經(jīng)確定，設(shè)計者根據(jù)已定義的功能來編寫相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。作為設(shè)計者，在設(shè)計前期就應(yīng)充分考慮與中斷服務(wù)程序所相關(guān)的各項處理，包括合理分配程序任務(wù)，保證程序合理運行。在軟件控制中控制部分子程序設(shè)計： </p><p>　　本部分的主要功能就是接收上位機的命令，實現(xiàn)整體正常運行。 </p><p>　　當(dāng)接收的命令為“K”

13、，相應(yīng)的，對單片機P0.1就會輸出低電平，繼而固態(tài)繼電器會呈現(xiàn)閉合狀態(tài)，如此就能實現(xiàn)接通加熱絲并使其對水進行加熱的效果； </p><p>　　反之，若接收的命令為“G”，相應(yīng)的P0.1口會輸出高電平，加熱絲會停止加熱達到溫度回落的目的。 </p><p>　　4.軟件開發(fā)與應(yīng)用 </p><p>　　系統(tǒng)的操作軟件主要是使用C語言實現(xiàn)，對單片機實行編程以達到各項功

14、能的目的。主程序?qū)τ谀K實行初始化操作，然后進行讀溫度、處理溫度、顯示、鍵盤等各種處理模塊的調(diào)用處理。使用循環(huán)查詢形式，用于顯示與控制溫度，主程序的主要功能為負(fù)責(zé)溫度的實時顯示、讀出并且處理控制芯片的測量當(dāng)前溫度值，同時負(fù)責(zé)調(diào)用各個子程序。熱電偶測量得到的溫度數(shù)值會逐步從模數(shù)轉(zhuǎn)換電路變?yōu)閿?shù)字，再通過P11：3將其傳輸至單片機內(nèi)部。然后每隔10s的階段，時間自動中斷控制系統(tǒng)便開始功能實現(xiàn)，對實際測量的溫度實現(xiàn)集中采樣操作，并且統(tǒng)一把采集到

15、的溫度和之前預(yù)定的溫度數(shù)值實行比對分析。依據(jù)不同程度的比較結(jié)果，系統(tǒng)則會實行自動調(diào)節(jié)控制。假如實際測量的溫度和預(yù)先在系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置的溫度具有一定程度的差距時，系統(tǒng)能夠自動執(zhí)行截斷功能，或者可以經(jīng)過全功率的輸出指令來實現(xiàn)可控硅的導(dǎo)通角，從而達到調(diào)整偏差的目的。 </p><p>　　四．溫控系統(tǒng)的控制模塊 </p><p>　　溫控系統(tǒng)的控制模塊在本次設(shè)計模塊中占據(jù)重要比例。在過零同步脈沖同步

16、后經(jīng)光電耦合管和驅(qū)動器輸出送到可控硅的控制極上。 </p><p><b>　　1.硬件電路設(shè)計 </b></p><p>　　通常情況下，電子學(xué)中不同的模型會通過不同的算法來實現(xiàn)，我們在對不同對象進行溫度控制設(shè)計時，采取不同的溫度檢測算法。譬如我們會選擇使用人工智能控制算法來針對一些時間滯后明顯而難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。 </p><p>　

17、　2.單片機軟件設(shè)計 </p><p>　　系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計。系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括各測溫元件的序列號表，漢字字模存儲、系統(tǒng)運行時間表存儲、各溫控點的設(shè)定值及測量值、系統(tǒng)時間的存放及一些臨時數(shù)據(jù)存儲。 </p><p><b>　　五．結(jié)束語 </b></p><p>　　采用51系列單片機為核心構(gòu)成的控制系統(tǒng)實現(xiàn)印染工藝過程的溫度控制。單片機應(yīng)用

18、于印染行業(yè)具有體積小，重量輕，價格低廉，可靠性高，靈活性好、安裝方便等優(yōu)點，在抗干擾方面還存在一些問題，系統(tǒng)還需進一步完善。該系統(tǒng)響應(yīng)速度快，存儲量大，CPU使用率較小，因此能夠及時的處理，并且實時的采集數(shù)據(jù)等各方面的優(yōu)勢和性能相對較好?；谶@些優(yōu)勢，單片機的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計必將得到更廣泛的應(yīng)用。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　

19、　[1] 尚玉沛,石林鎖,張振仁.最小二乘法在高精度溫度測量中的應(yīng)用[J]. 傳感器技術(shù). 2000(01) </p><p>　　[2] 劉國強,唐東紅,李興偉.基于AT89C51單片機的高精度測溫系統(tǒng)的研制[J]. 儀器儀表學(xué)報. 2005(S1) </p><p>　　[3] 鄭善鋒,鄭華杰,黃其智,尚志紅.利用微機數(shù)據(jù)處理提高溫度測量精度[J]. 電路與系統(tǒng)學(xué)報. 2005(01)