基于單片機(jī)AT89C51的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、 基于AT89C51單片機(jī)的溫度測控系統(tǒng)設(shè)計1、 引言 隨著現(xiàn)代化科技的進(jìn)步，在很多工業(yè)控制場合需要非常精確的控制溫度的變化，而在日常生活中，水溫的智能控制應(yīng)用也非常廣泛，在這種環(huán)境下，便提出了智能水溫控制系統(tǒng)。 本設(shè)計一單片機(jī)AT89C51為控制核心，用K型熱電偶作溫度傳感器，信號經(jīng)放大后輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809,轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量輸入到單片機(jī)AT89C51中。單片機(jī)中采用PID控制算法對測量數(shù)據(jù)和設(shè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832轉(zhuǎn)換為模擬量，以此來控制全隔離單相交流調(diào)壓模塊，從而控制鍋爐水溫穩(wěn)定與設(shè)定值。2、 溫度控制系統(tǒng)方案設(shè)計 采用K型熱電偶測量溫度，講溫度信號

2、放大后通過A/D轉(zhuǎn)入單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行數(shù)濾波和PID運(yùn)算處理后，結(jié)果經(jīng)DAC0832轉(zhuǎn)換為模擬量對全隔離單相交流調(diào)壓模塊進(jìn)行控制，達(dá)到控制電爐水溫的目的。系統(tǒng)方案如圖1所示。 3、 溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 溫度控制系統(tǒng)硬件包括：AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、信號放大電路、溫控電路以及其它外圍電路。 3.1 單片機(jī)的選擇 AT89C51是ATMEL公司采用CM0S工藝生產(chǎn)的低消耗、高性能8位單片機(jī)，與MCS-51單片機(jī)兼容，其功能特點(diǎn)為：(1)4K字節(jié)閃爍存儲器(FLASH)，可進(jìn)行1000次寫。(2)靜態(tài)操作，外界OHZ-24MHZ晶振。(3)三層程序存儲器鎖

3、。(4)128字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器(RAM)。(5)32跟可編程輸入，輸出線。(6)兩個6位定時/計數(shù)器。(7)六個中斷源。(8)一個可編程串口。(9)支持低功耗模式和掉電模式。非常適合用作控制系統(tǒng)設(shè)計。 3.2傳感器電路和信號放大電路 采用K型熱電偶作為溫度傳感器，它是一種能測量較高溫度的廉價熱電偶。它的價格便宜，重復(fù)性好，產(chǎn)生的熱電勢大，約為0.041mV/度，因而靈敏度很高，而且它的線性很好。雖然其測量精度略低，但完全滿足工業(yè)測量要求，所以它是工業(yè)最常用的熱電偶。由于熱電偶輸出的電壓信號頻率較低、電壓弱，所以選用了一階有源低通濾波電路。放大電路用同相放大、負(fù)反饋方式。 3.3模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD

4、C0809與單片機(jī)的接口 模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809是8位逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換芯片，具有地址鎖存控制的分時采集8種模擬開關(guān)，其模擬量輸入電壓為05V，對應(yīng)的數(shù)字量輸出為00H-FFH，以及相應(yīng)的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時間為100s左右。 溫度傳感器將溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號經(jīng)放大后輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量輸入到單片機(jī)AT89C51中與模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809的接口電路2如圖所示。 3.4數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832與單片機(jī)的接口DAC0832主要參數(shù)如下：分辨路為8位，轉(zhuǎn)換時間為1s。滿量程誤差為1LSB，參考電壓為(+10-10)V，供電電源為(+5+15)V，邏輯電平輸入

5、與TTL兼容。本設(shè)計只需要一個模擬量輸出，因此DAC0832的輸出采用單緩沖輸出方式。其接受從單片機(jī)送來的數(shù)字信號，并將其l轉(zhuǎn)換為可在0V+5V范圍內(nèi)變化的模擬信號，此信號輸出至F一級全隔離單相交流調(diào)壓模塊，從而調(diào)節(jié)該模塊的輸出功率。DAC0832與單片機(jī)AT89C5 I的接口電路如圖3所示 3.5 功率驅(qū)動電路設(shè)計當(dāng)水溫和設(shè)定值不等時，必須對其進(jìn)行控制以穩(wěn)定于設(shè)定溫度。本設(shè)計用全隔離單相交流調(diào)壓模塊來響應(yīng)DAC0832的輸出，以控制電阻絲的發(fā)熱功率，進(jìn)而控制水溫。如圖4所示。 4.PID溫度控制算法程序 PID控制算法是溫度控制系統(tǒng)軟件的核心部分。本設(shè)計采用增量式PID控制算法，其算式如下： 式中，分別為第n次、n-1次和n-2次的偏差值； 分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)；T為采樣周期?？刂颇K工作過程為：單片機(jī)每隔固定時間將現(xiàn)場溫度與用戶設(shè)定目標(biāo)溫度的差值帶入增量式PID算法公式，由公式輸出量決定加熱器大小。如現(xiàn)場溫度與目標(biāo)溫度的偏差大則電壓導(dǎo)通個數(shù)多，加熱電路的加熱功率大，是溫度的實(shí)測值與設(shè)定值的偏差迅速減少；反之，二者的偏差小則電壓導(dǎo)通個數(shù)小，加熱電路加熱功率減少，直至目標(biāo)值與實(shí)測值相等，形成一個閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其控制流程如圖5所示。 數(shù)字增量式PID控制子程序關(guān)鍵代碼如下： 5、 結(jié)論 本系統(tǒng)以AT89C