单片机温度控制系统范例6篇

前言:中文期刊网精心挑选了单片机温度控制系统范文供你参考和学习,希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感,欢迎阅读。

单片机温度控制系统

单片机温度控制系统范文1

关键词: AT89S51;单片机温度控制;PID控制;控制精度

Abstract:Holding furnace is the heat treatment equipment for the brazing of PCD compacts, and its temperature control accuracy can directly influence the quality of PCD cutting tools. Hence, the digital modification of the traditional holding furnaces, which have bad temperature control accuracy, is considered to have significance. A temperature control system of holding furnace based on AT89S51 Single Chip Microcomputer was designed in this paper. The structure and work principle of the temperature control system were presented. Meanwhile, the hardware, the software and the strategies of temperature control were mainly described. The results showed that this system, which was tested with holding furnace, could achieve quite good control performance and could satisfy the thermal insulation requirement of the brazing of PCD compacts.

Key words:AT89S51; Single Chip Microcomputer; Temperature control; PID control; Control accuracy

中图分类号:P184.5+3 文献标识码:A 文章编号:

引言

在PCD复合片钎焊过程中广泛使用着各种保温电阻炉,其温度控制精度直接影响到PCD刀具的质量。目前,国内有不少中小PCD刀具生产厂家使用的保温炉控制系统仍沿用上世纪80年代末至90年代初生产的温度控制仪表。这些传统自动控制仪表多采用热电偶加时间继电器、电位器的间断控制模式,其控制精度低、稳定性差、超调量大,导致生产的PCD刀具质量不稳定,不能满足PCD复合片焊后保温工艺要求。而利用单片机对保温炉的温度控制进行改造后的系统则具有温控精度高、稳定性好、成本低以及简单灵活等诸多优点,能够较好的满足生产要求。本文就国产SDG-4-9型电阻保温炉改造后的温度控制系统,简单介绍AT89S51单片机温度控制的设计原理。

1 系统组成与工作原理

改造后的保温炉控制系统原理如图1所示。单片机定时对炉温进行检测,经A/D转换芯片得到相应的数字量,送到单片机进行判断和运算,得到应有的控制量,以控制加热功率

使电阻炉的实际温度向着给定温度变化并最终达到给定温度,从而实现对温度的控制。

图1 温控系统原理图Fig.1 The principle of temperature control system

2 硬件电路设计

本系统硬件部分主要由AT89S51单片机、温度检测电路、温度控制电路以及8155、6116、AD574与单片机的接口电路组成。

2.1AT89S51单片机

图1中AT89S51为主控制器件。AT89S51是ATMEL公司生产的低功耗、高性能CMOS 8位单片机,片内含有4KB的EPROM和128字节的RAM,并含有看门狗定时器WDT。因此,既不需扩展外部ROM又可有效防止软件“跑飞”。作为本系统的CPU,AT89S51主要是根据读取的采样值计算出相应的控制输出量,并将该控制量输出去以控制保温炉温度。AT89S51还负责按键处理、数码管显示等工作。

2.2温度检测电路

根据PCD复合片焊后保温工艺要求,选用带有温度变送器的一体化铠装式K型热电偶作为炉温检测元件,其测温范围为0~600℃。热电偶所带温度变送模块直接安装在热电偶的接线盒内,其内含调零、冷端补偿和线性放大等电路,能将热电偶输出的电压信号转变成与所测温度成线性的4~20mA输出信号。由于采用二线制电流方式传送信号,所以不会受到传输线的压降、接触电势以及电压噪声等因素的影响,因此具有很强的抗电磁干扰能力。

一体化热电偶输出的电流信号经过I/V变换电路转换成0~10V电压信号,送到A/D转换器的模拟信号输入端。I/V变换电路主要由运放LM124构成,具体电路如图2所示。

图2 I/V变换电路Fig.2 I/V transform circuit

2.3温度控制电路

保温炉的温度控制是通过调节其输入电功率来实现的。本系统采用可控硅调功方式,并通过 MOC3061光耦过零触发驱动器实现对双向可控硅的过零触发[1]。MOC3061内部含有过零检测电路,在P1.4控制电压作用下,完成双向可控硅的触发导通。双向可控硅串接在50Hz交流电源和加热电阻丝中,通过改变给定周期内可控硅的接通时间,就能改变加热功率,从而实现温度调节的目的。单片机 P1.4口输出能控制可控硅通断时间的脉冲信号。P1.4=1时,关断可控硅;P1.4=0时,开启可控硅。

2.4外部接口电路

AT89S51外部接口电路主要有键盘/显示接口、外部数据存储器以及A/D转换器AD574等。

为处理因突发事件剧增的数据,外部设有2KB的数据存储器RAM6116,P2.3与其CE相连作为片选信号,P3.7和P3.6分别与OE和WE相连,作为读写信号,6116地址为:9000H~97FFH。

8155作为键盘/LED显示接口,当 P2.4=0,P2.5=0时选中它内部RAM工作;当 P2.4=0,P2.5=1时选中它的3个I/O端口工作,其地址分配为A口:A801H;B口:A802H;C口:A803H。8155外接4位LED显示器及16键小键盘。为减少硬件开销和提高系统可靠性,LED采用动态扫描显示,A口作为段选口,C口作为位选口。键盘接口电路中从C口输出作为行线,从B口输入作为列线,键盘工作采用行扫描法。键盘上设有0~9 10个数字键,6个功能键,以便于在线修改各项参数并且设置多个运行控制命令。

AD574将I/V电路输出的0~+10V范围的模拟电压信号转变成数字信号。AD574的12位数据分两次输出,P0.7~P0.0与其DB11~DB4相连,P0.7~P0.4与DB3~DB0相连。当P2.7=0,P3.6=0,P0.0=0, P0.1=0时CE=1,CS=0,R/C=0,A0=0,AT89S51启动A/D转换;当P2.7=0,P3.7=0,P0.0=1,P0.1=0时 R/C=1,A0=0,AT89S51读取经AD574转换后的高八位数字量,P0.1=1时A0=1,读取低四位。其地址分配为启动转换:7FFC;读转换高八位结果:7FFD;读转换低四位结果:7FFF。

3 控制策略

本系统采用工业上常用的PID控制法。所谓PID控制,就是按设定值与实测值之间偏差的比例、偏差的积累和偏差变化的趋势进行控制。在模拟系统中,PID算法的表达式为:

(1)

式中:为控制量;为偏差值,它等于给定量与实测量之差;为比例系数;为积分时间常数;为微分时间常数。

由于计算机只能处理数字信号,将式(1)离散化可得[2]:

(2)

上式即为位置式PID控制算法的表达式。其中,;;=++;=+;=。

(2)式中比例系数、积分系数和微分系数的选择取决于保温炉的阶跃响应特性和实际经验,工程上已经积累了不少行之有效的参数整定方法。例如,按归一化参数整定法进行整定[3],即令采样周期= 0.1;= 0.5;= 0.125,其中为纯比例作用下的临界振荡周期,则有:= 0.2,= 1.25。从而可调整的参数只有一个,通过键盘输入反复调试值,可以得到满意的控制效果。本系统采用归一化整定法对相关参数进行整定,经反复调试,可取 = 3.8,采样周期= 5。

4 软件设计

4.1主程序设计

主程序流程如图3所示。主程序主要完成: T0初始化,参数输入,温度采样,PID计算与温度显示等。

图3 主程序流程图图4 T0中断服务程序框图

Fig.3 The flow chart of main program Fig.4 The flow chart of T0 interruption serve program

4.2T0中断服务程序

T0用于产生采样周期和可控硅通断周期,程序流程如图4所示。

4.3主要子程序

主程序中涉及的子程序主要有温度采样子程序、数字滤波子程序、PID计算子程序以及温度标度转换子程序等。

4.3.1温度采样子程序

采用单片机高级语言C51编写的AD574采样子程序如下所示:

int ad574(void)

{

int caiyang1=0, caiyang2=0;

XBYTE[7FFC]=0x0000; /* 启动A/D转换 */

while(P1.5= =1); /* 查询转换是否完成 */

caiyang1=XBYTE[7FFD] ; /* 读转换结果高八位 */

caiyang2=XBYTE[7FFF] ; /* 读转换结果低四位 */

caiyang1=(caiyang14) ; /* 调整、拼装成12位采样值*/

return(caiyang1) ;/* 返回采样值 */

}

4.3.2数字滤波子程序

所谓数字滤波,就是通过程序计算或判断以减少干扰在有用信号中的比重,用于滤去来自控制现场对采样值的干扰。本系统采用的是去极值平均滤波法[4],即连续4次采样后累加求和,同时找出其中的最大值和最小值,再从其中减去最大值和最小值,最后对剩下的2个数据求平均,作为有效采样值。由于所测温度为慢变参数,所以采取一边采样一边处理的方法,这样可以节省数据存储区。滤波子程序框图如图5所示。

图5 数字滤波子程序框图 图6 PID子程序框图

Fig.5 The flow chat of digital filter sub-program Fig.6 The flow chart of PID sub-program

4.3.3PID计算子程序

PID计算采用位置式算法,其程序框图如图6所示。

4.3.4温度标度转换子程序

该程序的目的是要把实际采样的二进制值转换成BCD码形式的温度值,然后存放到显示缓冲区,供显示子程序调用。

对于一般线性仪表,标度转换公式为[5]:

(3)

式中:为参数测量值;为测量范围最大值;为测量范围最小值;为对应的A/D转换值;为对应的A/D转换值;为测量值对应的A/D转换值。本系统中,=0℃,=600℃,=0,=4095,故有:

(4)

根据上述表达式,即可编写出温度标度转换子程序。

5 结论

(1)用该系统对SDG-4-9型保温炉进行温度控制,运行结果表明,在温控范围为0~600℃时,系统最大超调量小于5℃,稳态误差不超过±1℃,因而系统具有精度高、稳定性好等特点。经该系统保温处理后的PCD刀具质量稳定,满足生产要求。

(2)在现场使用过程中,系统较快达到了设定温度值,显著缩短了工艺时间,从而提高了生产效率和设备利用率,节约了能源。

作者简介:朱朋飞(1983-),男,湖北天门人,大连理工大学机械工程学院硕士研究生,研究方向为机械制造及自动化。

导师:李

参考文献

王岫光,王晓军,李晨忱.在单片机控制系统中实现晶闸管的过零控制[J].仪表技术与传感器,2001,12(7):25-27.

杨树兴,李擎,苏中,等.计算机控制系统―理论、技术与应用[M].北京:机械工业出版社,2006:63-64.

王幸之,钟爱琴,王雷,等.AT89系列单片机原理与接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004:493-495.

单片机温度控制系统范文2

关键词:SST89E564RC单片机;温度控制;系统设计

Abstract: SCM has a small volume, strong function, low cost, wide application range and other advantages, can say, intelligent control and automatic control core is the microcontroller. In the modern industrial production, current, voltage, temperature, pressure, flow, flow rate and switching capacity is accused of main parameters. In this paper, from two aspects of hardware and software design are introduced in this paper the multi-point temperature heating control system using SST89E564RC microcontroller and a new temperature measurement devices, according to the set of real-time control of the temperature of each point of the indoor heating system, so as to improve the living comfort and heating economy.

Key words: SST89E564RC MCU; temperature control; system design

中图分类号:F407.63

1.单片机温度控制系统的组成及工作原理在工业生产和日常生活中,对温度控制系统的要求,主要是保证温度在一定温度范围内变化,稳定性好,不振荡,对系统的快速性要求不高。以下简单分析了单片机温度控制系统设计过程及实现方法。现场温度经温度传感器采样后变换为模拟电压信号,经低通滤波滤掉干扰信号后送放大器,信号放大后送模/数转换器转换为数字信号送单片机,单片机根据输入的温度控制范围通过继电器控制加热设备完成温度的控制。本系统的测温范围为0℃~99℃,启动单片机温度控制系统后首先按下第一个按键开始最低温度的设置,这时数码管显示温度数值,每隔一秒温度数值增加一度,当满足用户温度设置最低值时再按一下第一个按键完成最低温度的设置,依次类推通过第二个按键完成最高温度的设置。然后温度检测系统根据用户设定的温度范围完成一定范围的温度控制。下面将以SST89E564RC单片机为例进行温度控制分析。

2.系统设计目标

系统总体设计思想是以SST89E564RC单片机为控制核心,整个系统硬件部分包括温度检测部分、控制执行部分、显示及键盘系统及最小系统基本电路。系统利用单片机获得温度传感器数据并与系统设计值进行比较,根据比较结果分别控制执行系统。温度控制系统控制框图如图1所示。

3.系统硬件设计

根据系统所需完成的功能,设计系统硬件结构如图2所示。

3.1 控制核心。系统采用SST89E564RC单片机作为控制核心,进行温度采集、信息显示及执行机构的控制。SST89E564RC是美国SST公司推出的高可靠、小扇区结构的FLASH单片机,内部嵌入72 KB的Super-Flash,1 KB的RAM,通过对其RAM做进一步扩展,可满足嵌入系统操作系统的运行条件。

3.2 温度传感器。温度传感器采用Dallas半导体公司的数字化温度传感器DSl8820。该传感器支持“一线总线”接口,可方便地进行多点温度测量,还可以程序设定9~12位的分辨率,最高精度为±0.062 5℃,分辨率设定及用户设定的报警温度存储在E2PROM中,掉电后依然保存。该产品支持3~5.5 V的电压范围,因其体积小使系统设计更灵活、方便。DSl8820的管脚排列如图3所示,其中DQ为数字信号输入/输出端;GND为电源地;VDD为外接供电电源输人端。

DSl8820内部结构主要由4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。

光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的,它可以看作是该DSl8820的地址序列码。光刻ROM的作用是使每一个DSl8820都各不相同,这样就可以实现1根总线上挂接多个DSl8820的目的。

DSl8820温度传感器的内部存储器包括9 B高速暂存RAM和1 B非易失性的可电擦除的E2PROM,后者存放高温度和低温度触发器TH,TL和结构寄存器,该字节第7位(TM)为0,低5位一直都是1,第6,5位(R1,R0)用来设置分辨率,如表1所示。

根据DSl8820的通信协议,主机控制DSl8820完成温度转换必须经过3个步骤:每一次读写之前都要对其进行复位,复位成功后发送1条ROM指令,最后发送RAM指令,这样才能对DSl8820进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500μs,然后释放,DSl8820收到信号后等待16~60μs左右,后发出60~240μs的存在低脉冲,主CPU收到此信号表示复位成功。由于DSl8820采用的是单线进行控制与读取数据,因此对操作的时序要求非常严格,否则由于时序不匹配,将无法完成对器件的正确操作。

3.3 控制执行那分。(1)壁挂炉燃烧系统控制。控制电路采用了脉冲继电器器件作为整个系统的总控部分,当所有居室温度均达到设定值时,停止壁挂炉的工作。该继电器的特点是:当线圈收到一个脉冲信号后,线圈通电,电磁铁吸合,带动触头闭合接通需要控制的电路,当下一个信号到来后,电磁铁吸合,触头断开,切断被控制的电源,因此其具有自锁和信号遥控功能。由于磁铁的作用,控制脉冲消失后滑片位置不发生变化,保持稳定状态,所以该器件具有功耗小、具有记忆功能。(2)居室温度控制。各居室温度控制在燃烧控制系统工作前提下,根据各居室温度测量返回值,采用上海欧凯电磁阀制造有限公司生产的OK6515自保持脉冲电磁阀控制各回路的通断。脉冲电磁阀采用脉冲和永磁技术,只需通过控制器切换脉冲的电极触点来改变电磁阀的开关状态,当控制器发出电脉冲时,驱动阀芯克服永磁力产生上下移,使阀瓣到位后在永磁作用下处于自保持状态。

3.4 图形液晶显示模块。为了能够提供形象直观的用户显示界面,系统采用图形液晶显示模块LCDl2864,其具有8位标准数据总线、6条控制线及电源线,可与CPU直接接口,显示各种字符及图形。考虑到系统中汉字的使用量少,因此选用不带汉字库的LCD。对于使用的汉字分别提取其字模并以二进制形式保存于内部FLASHROM中。

4.系统软件设计

系统软件设计主要依据系统程序流程以及DSl8820的时序要求进行代码编写。为了降低开发难度,提高开发效率,系统开发中引入了μC/OS一Ⅱ嵌入式操作系统并移植了LCD显示驱动。另一方面,为了确保对DSl8820操作时序的精确性,对DSl8820进行初始化和读写代码仍采用汇编语言。

4.1系统数据结构。系统所需数据结构包括各测温元件的序列号表,汉字字模存储、系统运行时间表存储、各温控点的设定值及测量值、系统时间的存放及一些临时数据存储。

为了区别多个温度传感器,在系统初始化时读入传感器中的64位序列号,并将其存入程序存储空间,以便程序运行期间进行比对,共需64 B。汉字字模采用16×16字库进行提取,其中每个汉字需32 B,约15个字,为了方便程序功能的升级改进,在程序存储空间中按20个字进行空间分配,需要存储空间640 B。系统运行时间表的设计以小时为设置单位,需要保存24个值;为了减少时间比较过程中的数据计算量以及方便编程,对每个值采用一个字节存储,这里共需24 B存储空间,这里仍然使用程序存储空间进行存储,以便在系统掉电时设定值不会丢失。

4.2系统程序设计。系统程序设计主要使用KeilC5l进行编写,但由于对DSl8820器件的读写时序要求比较严格,故采用汇编代码,其中温度读取子程序主要代码如下:

单片机温度控制系统范文3

关键词: 单片机;电加热炉;温度测量;控制系统

引 言

随着科技发展和工业生产水平不断提高,电加热炉已在化工、冶金、机械等工业控制中得到广泛应用。可是对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象,很难用数学方法建立精确的数学模型,因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。

单片机以其高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点,在工业控制系统、智能化仪器仪表等诸多领域得到广泛应用。采用单片机进行炉温控制,可以提高控制质量和自动化水平。

1 单片机炉温控制系统结构

单片机炉温控制系统结构主要由单片机控制器、可控硅输出部分、热电偶传感器、温度变送器以及被控对象组成。

炉温信号通过温度检测及变送,变成电信号,与温度设定值进行比较,计算温度偏差e和温度的变化率e,再由智能控制算法进行推理,最终得控制量u,可控硅输出部分根据调节电加热炉的输出功率,即改变可控硅管的接通时间,使电加热炉输出温度达到理想的设定值。

2 系统硬件设计

2.1 系统硬件结构

以AT89C51单片机为该控制系统的核心,实现对温度的采集、检测和控制。系统采集到的炉内温度信号转换为数字量与炉温数字化后的给定值进行比较,即可得到实际炉温和给定炉温的偏差及温度的变化率。由AT89C51构成的核心控制器按智能控制算法进行推算,得出所需要的控制量。由单片机的输出通过调节可控硅管的接通时间,改变电炉的输出功率,起到调温的作用。

2.2 系统硬件的选择

1)控制核心的选择:选择AT89C51单片机构成炉温控制系统,系统工作过程中能有效地保存一些数据信息,不受系统掉电或断电等突况的影响。AT89C51单片机内部有128 B的RAM存储器,不够系统使用,因此,扩展6264(8 kB)的RAM作为外部数据存储器。

2)热电偶的选择:在本系统中,采用的是高精度的集成芯片MAX6675来完成“热电偶电势-温度”的转换, MAX6675是MAXIM公司开发的K型热电偶转换器,内部具有信号调节放大器、12位ADC、冷端补偿二极管、模拟开关和数字控制器。测得的环境温度转换成电压量,通过处理热电偶电压和二极管的检测电压,计算出补偿后的热端温度。数字输出是对热电偶测试温度进行补偿后的结果。

3)键盘输入的选择:采用4片BCD拨码盘作为温度设定的输入单元,输入范围为0~9999,可满足本系统的要求。每位BCD码盘占4条线,通过上拉电阻接入8255可编程并行I/O扩展口。

4)显示器的选择:采用字符型LCD(液晶显示器)模块TC1602A,并且它把LCD控制器、ROM和LCD显示器用PCB(印制板)连接到一起,只要向LCD送人相应的命令和数据便可实现所需要的显示,使用特别方便灵活。第1行显示设定温度,第2行显示实际温度,这样,温差一目了然,方便控制。

3 系统软件设计

本系统的应用程序主要由主程序、中断服务程序和子程序组成。主程序的任务是对系统进行初始化,实现参数输入,并控制电加热炉的正常运行。主程序主要由系统初始化、数据采集及处理、智能推理等部分组成。主程序如图2所示。子程序主要有采样子程序、控制算法子程序、显示子程序等,其中控制算法子程序是控制器中最重要的一部分,它的原理将在第4节介绍。 (如图2)

4 智能控制算法

所谓智能控制算法就是PID算法,模糊自整定PID算法程序的总流程为:首先模糊整定,然后根据误差和误差变化率对PID的3个参数进行在线调整,把经过模糊调整后的PID参数作为最终的控制参数进行PID控制。温度误差e和温度误差变化率e的最坏情况值均取为100℃,在此建立的温度误差e和温度误差变化率e的基本论域,数字量化确定e(k)的论域区间为[-128,128]。这样就必须对温度误差e和温度误差变化率e超过100°C.变换后的e和e其动态范围限幅压缩,这样就可以使温度误差和温度误差变化率e在整个测控温度变化范围[0℃,1112°C]内,控制量都可以起到作用。

5 结束语

本系统以单片机AT89C51为核心,它具有高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点。控制器采用新型的智能控制算法,冈而系统升温快,控温精度高,稳态误差可达±5℃以内,满足系统要求。采用了K型热电偶信号处理集成芯片MAX6675,改变了传统测温电路复杂、程序复杂、精度低等问题整个系统操作简便,抗干扰能力强、运行可靠。

参考文献:

[1] 刘雪雪,赵良法. 单片机原理及实践.北京:高等教育出版社,2006.

[2] 张毅刚,彭喜源,谭晓昀,曲春波. MCS―51系列单片机应用系统设计.黑龙江:哈尔滨工业大学出版社,2003.

[3] 王延平.计算机高精度控温系统的研究与开发[J].微计算机信息,,2006,6-1:33-34。

[4] 刘洪恩.利用热电偶转换器的单片机温度测控系统[J].仪表技术,2005,2:29-30。

[5] 孙凯,李元科.电阻炉温度控制系统[J]. 传感器技术,2003,2:50-52.。

单片机温度控制系统范文4

在工业生产和日常生活中,对温度控制系统的要求,主要是保证温度在一定温度范围内变化,稳定性好,不振荡,对系统的快速性要求不高。以下简单分析了单片机温度控制系统设计过程及实现方法。现场温度经温度传感器采样后变换为模拟电压信号,经低通滤波滤掉干扰信号后送放大器,信号放大后送模/数转换器转换为数字信号送单片机,单片机根据输入的温度控制范围通过继电器控制加热设备完成温度的控制。本系统的测温范围为0℃~99℃,启动单片机温度控制系统后首先按下第一个按键开始最低温度的设置,这时数码管显示温度数值,每隔一秒温度数值增加一度,当满足用户温度设置最低值时再按一下第一个按键完成最低温度的设置,依次类推通过第二个按键完成最高温度的设置。然后温度检测系统根据用户设定的温度范围完成一定范围的温度控制。

二、温度检测的设计

系统测温采用AD590温度传感器,AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下:

1、流过器件的电流(mA)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)度数;即:,式中:Ir—流过器件(AD590)的电流,单位为mA;T—热力学温度,单位为K。

2、AD590的测温范围为-55℃~+150℃;

3、AD590的电源电压范围为4V~30V;

4、输出电阻为710MW;

5、精度高。

AD590温度传感器输出信号经放大电路放大10倍,再送入模/数转换器ADC0804,转换后送单片机。根据AD590温度传感器特性以及放大10倍后的电压值与现场温度的比较发现,实际温度转换后送入单片机的值与按键输入数值之间有一定的差值,模/数转换器送入单片机的数值是按键输入值得2.5倍。由于单片机不能进行小数乘法运算,所以先对按键输入进行乘5,然后根据运算结果及程序状态字的状态再进行循环右移一位,如果溢出标志位为低电平时直接对累加器进行一次带进位循环右移,如果溢出标志位为高电平时,先对进位标准位CY位置为高电平,然后再进行一次带进位循环右移,通过上述操作使按键输入的温度值与模/数转换器送入单片机的温度值相统一。

三、具体电路连接如图所示

四、软件编程

单片机温度控制系统由硬件和软件组成,上述硬件原理图搭建完成上电之后,我们还不能实现对温度的控制,需要给单片机编写程序,下面给出了温度控制系统的编程方法。

ORG00H

START:ANLP1,#00H;显示00

JBP3.4,$;T0=0?有键按下?

CALLDELAY1;消除抖动

JNBP3.4,$;T0=1?放下?

MOVR0,#00;计温指针初值

L1:MOVA,R0;计温指针载入ACC

MOVP1,A;输出至P1显示

MOVR5,#10;延时1秒

A1:MOVR6,#200

D1:MOVR7,#248;0.5毫秒

JNBP3.4,L2;第2次按下T0?

DJNZR7,$

DJNZR6,D1

DJNZR5,A1

INCA

DAA

MOVR0,A

JMPL1

L2:CALLDELAY1;第2次按消除抖动

JBP3.4,L3;放开了没?是则

;跳至L3停止

JMPL2

L3:MOVA,R0

CALLCHANGE

MOV31H,A;下限温度存入31H

JBP3.5,$;T1=0?有键按下?

CALLDELAY1;消除抖动

JNBP3.5,$;T1=1?放开?

MOVR0,#00;计温指针初值

L4:MOVA,RO;计温指针载入ACC

MOVP1,A;显示00

MOVR5,#10;延时1秒

A2:MOVR6,#200

D2:MOVR7,#248;0.5毫秒

JNBP3.5,L5;第二次按下T1?

DJNZR7,$

DJNZR6,D2

DJNZR5,A2

ADDA,#01H

DAA

MOVR0,A

JMPL4

L5:CALLDELAY1;第2次按消除抖动

JBP3.5,L6;放开了?是则跳至L6

JMPL5

L6:MOVA,RO;

CALLCHANGE

MOV30H,A;上限温度存入30H

DELAY1:MOVR6,#60;30毫秒

D3:MOVR7,#248

DJNZR7,$

DJNZR6,D3

RET

CHANGE:MOVB,#5

MULAB

JNOD4

SETBC

D4:RRCA

RET

MOV32H,#0FFH;32H旧温度寄存

;器初值

AAA:MOVX@R0,A;使BUS为高阻抗

;并令ADC0804开始转换

WAIT:JBP2.0,ADC;检测转换完成否

JMPWAIT

ADC:MOVXA,@RO;将转换好的值送入

;累加器

MOV33H,A;将现在温度值存入33H

CLRC;C=0

SUBBA,32H

JCTDOWN;C=0取入值较大,表示

;温度上升,C=1表示下降

TUP:MOVA,33H;将现在温度值存入A

CLRC

SUBBA,30H;与上限温度作比较

JCLOOP;C=1时表示比上限小须

;加热,C=0表示比上限大,停止加热

SETBP2.1

JMPLOOP

TDOWN:MOVA,33H;将现在温度值存入A

CLRC

SUBBA,31H;与下限温度作比较

JNCLOOP;C=1时表示比下限小,须

;加热,C=0表示比下限大

CLRP2.1;令P2.1动作

LOOP:MOV32H,33H

CLRA

MOVR4,#0FFH;延时

DJNZR4,$

JMPAAA

END

五、结语:

本文给出了用单片机在0℃~99℃之间,通过用户设置温度上限、下限值来实现一定范围内温度的控制;给出了温度控制系统的硬件连接电路以及软件程序,此系统温度控制只是单片机广泛应用于各行各业中的一例,相信通过大家的聪明才智和努力,一定会使单片机的应用更加广泛化。

参考文献:

[1]李广弟,朱月秀,王秀山.单片机基础.北京:北京航空航天大学出版社,2001.7

[2]万光毅,严义,邢春香.单片机实验与实践教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.4

单片机温度控制系统范文5

关键词:温室大棚;无线传输;温度的监测;实时

1 引言

设计温室大棚温度控制系统的目的就是能够相对恒定的控制温室内部的环境,对于对环境要求比较高的植物来说,更能避免因人为因素而造成生产损失。利用温室大棚栽培蔬菜可以促进其早熟和丰富其产量,延长蔬菜的供应期,温室大棚测控系统是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证。通过对监测数据的分析,结合作物生长规律,控制环境条件,使作物在不适宜生长的反季节中,可获得比室外生长更优的环境条件,从而使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。本设计最大的特点是采用无线传输技术,无线数据传输广泛地运用在车辆监控、遥控、小型无线网络等领域。并且能够不需要留在现场也能监测到大棚的温度情况。无线图像其安装方便、灵活性强、性价比高等特性使得更多行业的监控系统采用无线传输方式,建立被监控点和监控中心之间的连接。

2 设计方案

系统的总体设计分为硬件和软件设计两方面,首先确定系统实现的功能,然后对硬件、软件分别进行规划,完成这些准备工作之后,就可以开始制作硬件电路,编写程序,在模块化调试结束后,进行软硬件联调,针对出现的问题对软硬件进行相应的修改,直到调试成功为止。在上位机中,利用C++ Builder编程,让电脑和单片机正常地进行数据传输,同时上位机界面显示大棚的温度。在本设计中,在无线接收端采用1602液晶(16引脚带背光接口)进行显示。整个无线监测系统主要分为三部分:即温度检测、无线传输和PC机对温度的监测环节。大棚温度无线测控系统的信息流如图1所示。

3 系统仿真

把发射板的TXD和接收板的RXD相连,分别把发射程序和接收程序下载到芯片中,测试接收板的液晶能否显示正确的温度,图2为仿真电路图。

4 结论

本文描述一个用于监控一个温室的物理变量(像温度,相对湿度,发光度和等等其他)的系统。该系统具有良好的可靠性和经济性,能够实现对温室大棚温度的准确测量和控制,在实际应用中有一定价值。在不同的系统模块中运用串级连接用于通讯是非常方便的,因为它提供一个更好的安全性,由于它只能被发送和接受相应串级类“Pa”的相应对象。但是不足的是,设计还是存在一些局限性的,主要是体现在无线模块上。像传输距离上最多只能达到200m左右;传输速度也达不到高速;实时是指信号的输入、运算和输出都要在一定的时间内完成,并根据生产过程状况及现场情况变化及时进行处理。而实时系统指在事件或数据产生的同时,能够在规定的时间内给予响应,以足够快的速度处理,及时地将处理结果送往目的地的一种处理系统。本系统的实时性是属于硬实时性的,如果大棚温度发生异常变化,而不及时采取措施的话,农作物会受到严重的影响,甚至死亡。但是,它的硬实时性并不是像航天应用中要求的那么高。例如在冬天夜间,如果大棚的保温被被风吹倒了,大棚的温度会下降,这时系统就会向控制者发出警告,但是它不会下降地很快,这样控制者就会有足够的时间去大棚把保温被盖好,这样农作物就不会被冻坏。

参考文献

[1] 张友德. 单片微型机原理、应用与实验[M].上海: 复旦大学出版社 ,2005.

[2] 袁任光. 电动机控制电路选用与258实例[M].北京: 机械工业出版社,2005.

[3] 王秀和. 永磁电机[M].北京: 中国电力出版社, 2007.

[4] 房玉明, 杭柏林. 基于单片机的步进电机开环控制系统[J].电机与控制应用, 2006, 33(4): 64-64.

[5] 孙笑辉,韩曾晋.减少感应电动机直接转矩控制系统转矩脉动的方法[J].电气传动,2001, 11(1): 8-11.

[6] 李夙. 异步电动机直接转矩控制[M].北京:机械工业出版社, 1998.

作者简介

杨文杰,邵阳学院魏源国际学院电子科学与技术专业学生。

单片机温度控制系统范文6

关键词:温度控制;双单片机;仿真

引 言

电阻炉在当前被广泛的应用在各种工矿企业、科研机构等场合,是利用元素分析作为主要手段。在各个企业工作中用来测定钢件淬火、退火回火加热处理之中,在应用中单片机体积小、价格低廉、功耗低和控制能力强受到广泛的关注,已成为当前电阻炉温度控制领域的核心器件。然而目前来说,大多数的电阻炉温度控制系统都是采用单片机器件和CPU处理器的能力不够问题分析,对造成的各种瓶颈现象进行认真分析和认识。为解决“瓶颈”问题,同时在应用的时候又兼顾到经济性原则,通过设计低端双单片机结构的电阻温度控制系统,并且采用信息处理和采集措施等优势分析,制定出合理的设计防范。

1、控制系统设计方案

在双单片机的电阻炉温度控制系统设计中是采用两个ATME1公司生产的单片机作为实施控制系统和方式,通过完成人工对话和辅助计算功能针对其中双击数据交换瞪。一般设计的过程中要注重三个方式:

1)采用串行总线,这种方法硬件简单但传输速度比较慢;

2)采用并行总线,其速度较高但考虑到两个CPU时钟同步问题因而硬件比较复杂;

3)采用存储器方式,其传输速度比较快且对时钟同步性要求也不很严格。在此,本着提高性能与降低成本相结合的设计原则,采用第3种方式即由双端口RAM承担双机信息的互换。

2、控制系统硬件设计

系统硬件电路由3部分组成:

1)实时控制模块;

2)人机交互模块;

3)双机通讯模块。

2.1实时控制模块

该模块以单片机U1为控制核心,可以分为温度检测电路和输出控制电路两部分为温度检测电路。热电偶将温度转换为0—41.32mv电压输出,经毫伏变送器转换成4—电流,再经过电流/电压转换成0—5V电压信号,由ADC0809转换为8位的数字量送到单片机U1的P口。单片机U1的P1.0引脚输出控制信号,经过零触发电路去控制双向晶闸管,通过改变双向晶闸管的导通时间来改变加热功率,达到调节温度的目的。当P1.0=-1时,双向闸管导通,P1.0=0时则截止:可控硅在给定周期的100%时间内接通时的功率最大,这时加热温度最高。

2.2人机交互模块

人机交互模块由,由四个独立的发光二极管(作为电源指示灯、PID正常运行指示灯、上限报警指示灯和下限报警指示灯)显示电路和两个4位7段数码管动态显示电路以及四个独立按键电路和一个复位按键电路共同组成。

2.3双机通讯模块

以双端口静态存储器芯片DS1609作为两单片机的数据交换器,基本原理为:需要送出数据的一方先把数据送入DS1609中,然后接收数据的一方对DS1609中的同一地址进行读取,完成数据交换。

3、控制系统软件设计

在单机片系统设计中的软件主要包括程序连接系统U1,其中主要包括负责主程序的初始化系统以及与单机片U2进行连接。T0及T1中服务程序(T0中断服务程序进行采样、滤波、标度转换、越限处理、控制显示温度;T1中断服务程序主要控制双向可控硅的通断)、采样子程序(ADC0809以查询方式对IN0通道采样4次)、字滤波子程序(采用防脉冲干扰平均值法滤波对4次采样值处理得平均值,以备PID运算和温度标度转换使用)、标度转换子程序(参数经A/D转换后得到的数码值仅对应于参数的大小并不等于原来带有量纲的参数值,故必须把它转换成带有量纲的数值以便显示)、PID运算子程序(控制原理是先求出实测温度对所需温度的偏差值,对偏差值处理而获得控制信号去调节电阻炉的加热功率)及其它子程序(如为进行采样值数码显示而加入二至十进制转换子程序和压缩BCD码变成单字节BCD码子程序;为求取PID运算而加入将键盘设定值进行十至二进制转换的子程序等)。单片机U2的软件主要包括键盘监控程序和显

示输出程序。

1)键盘监控程序设计。本系统功能较为复杂,考虑到如果采用一键一义监控会由于按钮过多,致使成本增加且面板难以布置用户操作也不方便,因而本设计采用一键多义的键盘监控程序。具体是:采用状态顺序编码设计状态图,构造两张表(即状态表和索引表),监控程序根据现态码和键码查表一方面可找到任务模块wORK0~WORK15中相应的某一项予以执行发出运行命令,另一方面可用于下次判断处理所需的次态NEXT项。2)显示输出程序设计。显示输出程序包括初始化、通过DS1609获取单片机U1数据、控制设定温度值显示和当前温度值显示。本系统程序众多,由于篇幅所限具体程序流程图及源代码从略。

4、硬件设计

本系统采用的K型热电偶,其可测量1312℃以内的温度,其线性度较好,而且价格便宜。K型热电偶的输出是毫伏级电压信号,最终要将其转换成数字信号与CPU通信。传统的温度检测电路采用“传感器-滤波器-放大器-冷端补偿-线性化处理-A/D转换”模式,转换环节多、电路复杂、精度低。在本系统中,采用的是高精度的集成芯片MAX6675来完成“热电偶电势-温度”的转换,不需电路、I/O接线简单、精度高、成本低。

当P2.5为低电平且P2.4口产生时钟脉冲时,MAX6675的SO脚输出转换数据。在每一个脉冲信号的下降沿输出一个数据,16个脉冲信号完成一串完整的数据输出,先输出高电位D15,最后输出的是低电位D0,D14-D3为相应的温度转换数据。当P2.5为高电平时,MAX6675开始进行新的温度转换。在应用MAX6675时,应该注意将其布置在远离其它I/O芯片的地方,以降低电源噪声的影响;MAX6675的T-端必须接地,而且和该芯片的电源地都是模拟地,不要和数字地混淆而影响芯片读数的准确性。

4、控制系统仿真调试

4.1程序仿真调试

采用Kei1软件进行程序仿真调试。程序首先通过汇编及语法错误检查,然后在仿真CPU中进行调试直至正确,则可保存其生成的目标文件(HEX文件)供单片机使用。

4.2硬件仿真调试

硬件仿真调试利用proteus软件为主,生成的HEX文件将在proteus环境中的中导入单片机进行仿真为对PID闭环控制的仿真,其中比例系数Kp=1.4、积分时间常数Ti=1、微分间常数Td=6。可以看出,该PID闭环系统可以很快(稳定时间为32.7s)达到温度设定值,故系统达到了预先快、准、稳的要求。