單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)

1、 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng) 一設(shè)計(jì)目的 通過基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)大型實(shí)驗(yàn)，能綜合應(yīng)用“微機(jī)原理”、“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”、“單片機(jī)的原理及應(yīng)用”，“電子技術(shù)”以及“自控理論”等課程的基礎(chǔ)知識(shí)。初步掌握DDC系統(tǒng)和硬件設(shè)計(jì)、控制器算法設(shè)計(jì)及應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)、調(diào)試及系統(tǒng)調(diào)試。為畢業(yè)設(shè)計(jì)及今后DDC系統(tǒng)開發(fā)、研制打下了良好基礎(chǔ)。 二設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)基于單片計(jì)算機(jī)的溫度控制器。用于控制電加熱爐的溫度。具體要求如下: 1. 溫度連續(xù)可調(diào)，范圍為30150 2. 超調(diào)量%20% 3. 溫度誤差±0.5 4. 人-機(jī)對(duì)話方便 5. 控制算法采用PID或改進(jìn)的PID或其他算法. 三. 所需設(shè)備 1. 電加熱爐

2、 2. DDC控制器 四. 系統(tǒng)原理框圖 五. 單片機(jī)硬件系統(tǒng)框圖 六. 硬件原理圖 七. 硬件印刷板布置圖 八. 元器件明細(xì)表 九. 元器件數(shù)據(jù)資料 （一） BS211236 (4位共陰超高亮LED) （二） LM331 V/F變換器 （三） TD62783達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器（8路） （四）AD590電流型集成溫度傳感器 1、AD590是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下： . 流過器件的電流（A）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)，即： （A/K） 1=TIr 式中：Ir流過器件（AD590）的電流，單位為A； T熱力學(xué)溫度，單位為K。 . AD590的測(cè)溫范

3、圍為-55+150。 . AD590的電源電壓范圍為4V30V。電源電壓可在4V6V范圍變化，電流Ir變化1A，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。 . 輸出電阻為710M。 . 精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55+150范圍內(nèi)，非線性誤差為±0.32、AD590的基本應(yīng)用電路 圖（a）是AD590的封裝形式，（b）是AD590用于測(cè)量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路。因?yàn)榱鬟^AD590的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻R 1和電位器R2的電阻之和為1k時(shí)，輸出電壓VO隨溫度的變化為1mV/K。但

4、由于AD590的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器R2，使VO=273.2mV?；蛟谑覝叵?25)條件下調(diào)整電位器,使VO=273.2+25=298.2（mV）。但這樣調(diào)整可保證在0或25附近有較高精度。 （五）常用數(shù)字電路引腳 74LS06為OC門，高壓輸出 74LS145為BCD十進(jìn)制譯碼器，每一路輸出晶體管可吸收高達(dá)80mA的電流。 (六）驅(qū)動(dòng)電子器件雙向晶閘管 一、單向晶閘管 晶閘管習(xí)慣上稱可控硅(整流元件)，英文名為Silicon Controlled Rectifier， 簡(jiǎn)寫為SCR.這是一種大功率的半導(dǎo)體器件。

5、它既有單向?qū)щ姷恼髯饔?又有可以控制的開關(guān)作用.利用它可用較小的功率控制較大的功率。在交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)功系統(tǒng)，隨動(dòng)系統(tǒng)和無觸點(diǎn)開關(guān)等方面均獲得廣泛的應(yīng)用。如圖所示，它的外部有三個(gè)電極：陽極A、陰極C、控制極（門極）G。 與二極管不同的是當(dāng)兩端加上正向電壓而控制極不加電壓時(shí)，晶閘管并不導(dǎo)通，其正向電流很小，處于正向電流阻斷狀態(tài)；當(dāng)加上正向電壓，且控制極上（與陰極間）也加上一個(gè)正向電壓時(shí)，晶閘管便進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，這時(shí)管壓降很?。?V左右），這時(shí)即使控制電壓消失仍能保持導(dǎo)通狀態(tài)。所以控制電壓沒有必要一直存在。通常采用脈沖形式, 以降低觸發(fā)功耗。它不具有自關(guān)斷能力。要切斷負(fù)載電流,只有使陽極

6、電流減小到維持電流以下,或加上反向電壓實(shí)現(xiàn)關(guān)斷。若在交流回路中應(yīng)用，當(dāng)電流過零和進(jìn)入負(fù)半周時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷，為了使其再次導(dǎo)通, 必須重加控制信號(hào)。 二、雙向控制開關(guān) 晶閘管應(yīng)用于交流電路控制時(shí)，如圖所示，采用兩個(gè)器件反并聯(lián)，以保證電流能夠沿正反兩個(gè)方向流通。如果把兩只反并聯(lián)的SCR制作在同一塊硅片上，便構(gòu)成雙向可控硅，控制極共用一個(gè)，使電路大大簡(jiǎn)化，其特性如下： 控制極G上無信號(hào)，A1，A2之間呈高阻抗，管子截止。 VA1A2>1.5V時(shí)，不論極性如何，便可利用G觸發(fā)電流控制其導(dǎo)通。 工作于交流電時(shí)，當(dāng)每一半周交替時(shí)，純電阻負(fù)載一般能夠恢復(fù)截止；但在感性負(fù)載情況下，電流相位落后于電壓。電流過

7、零，可能反向電壓超過轉(zhuǎn)折電壓，使管子反向?qū)āＫ砸蠊茏幽軌虺惺苓@種反向電壓，而且一般要加上RC吸收回路。 A1，A2可以調(diào)換使用，觸發(fā)極性可正可負(fù)，但觸發(fā)電流有差異。 雙向可控硅經(jīng)常用做交流電調(diào)壓,調(diào)功，調(diào)溫和無觸點(diǎn)開關(guān)。過去其觸發(fā)脈沖一般都用硬件電路產(chǎn)生。故檢測(cè)和控制都不夠靈活，而在單片機(jī)控制應(yīng)用系統(tǒng)中則經(jīng)?？梢岳密浖a(chǎn)生觸發(fā)脈沖。 三、光耦合雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器 這種器件是一種單片機(jī)輸出與雙向可控硅之間較理想的接口器件。它由輸入和輸出兩部分組成，輸入部分是一砷化鎵發(fā)光二極管。該二極管在515mA正向電流作用下發(fā)出足夠強(qiáng)度的紅外線,觸發(fā)輸出部分。輸出部分是一硅光敏雙向可控硅，在紫外線的作用

8、下可雙向?qū)?。該器件為六引腳雙列直插式封裝，其引腳配置和內(nèi)部結(jié)構(gòu)見下圖： 有的型號(hào)的光耦合雙向開關(guān)可控硅驅(qū)動(dòng)器還帶有過零檢測(cè)器。以保證電壓為零(接近于零)時(shí)才可觸發(fā)可控硅導(dǎo)通。如MOC3030/31/32(用于115V交流)，MOC3040/41(用于220V交流)。 下圖是過零電壓觸發(fā)雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器MOC3040系列的典型應(yīng)用電路。 在此圖中，加上門極電阻R3可提高抗干擾能力，R2為限流電阻，通過調(diào)節(jié)RIN可使IF=IFT(LED觸發(fā)電流)。對(duì)MOC3040，IFT=30mA；對(duì)MOC3041，IFT=15mA。 下表列出了MOTOROLA公司MOC3040、MOC3041光耦合雙向可控硅

9、驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)。 (七) X25045 現(xiàn)代單片機(jī)引用系統(tǒng)要求功能齊全、價(jià)格低廉。在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，看門狗功能、斷電后能保存數(shù)據(jù)和上電、掉電復(fù)位電路功能對(duì)某些系統(tǒng)是非常必要的。武漢力源公司經(jīng)銷的美國(guó)Xicor公司生產(chǎn)的X25045.就是集上述功能與一體的產(chǎn)品。該器件的應(yīng)用將有利于簡(jiǎn)化單片機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的性能。 一、X25045的功能 X25045有三種功能：看門狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控和E2PROM. 1、看門狗 看門狗定時(shí)器對(duì)微控制器提供了獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)。它提供了三種定時(shí)時(shí)間，可用編程原則200ms,600ms和6.4s,在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)如果沒有對(duì)X25045進(jìn)行訪問，則看門狗以RESET信

10、號(hào)做輸出響應(yīng)，即變?yōu)楦唠娖?，延時(shí)約200ms的穩(wěn)定時(shí)間后RESET由高電平變?yōu)榈碗娖健?2、電壓監(jiān)控 上電時(shí)，電源電壓超過4.5V后，經(jīng)過約200ms的穩(wěn)定時(shí)間后RESET信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖?。掉電時(shí)，電源電壓低于4.5V時(shí)，RESET信號(hào)立即變?yōu)楦唠娖讲⒁恢北３值诫娫椿謴?fù)到穩(wěn)定為止。 3、E2PROM存儲(chǔ)器 X25045的存儲(chǔ)部分是COMS的4096位串行E2PROM。它在內(nèi)部按照512×8來組織。采用三線總線工作的串行接口一次最多可以寫4個(gè)字節(jié)。 二、外部引腳 引腳排列如圖所示。 SO：串行輸出。數(shù)據(jù)由此引腳移出，串行時(shí)鐘(SCK)的下沿同步輸出數(shù)據(jù)。 SI：串行輸入。所有操作

11、碼字節(jié)地址以及寫入的數(shù)據(jù)在此引腳上輸入。數(shù)據(jù)由串行時(shí)鐘的上升沿鎖存。 SCK：串行時(shí)鐘。 CS：片選。當(dāng)WP為低電平時(shí)，X25045能工 作。CS電平變化將復(fù)位看門狗的定時(shí)器。 WP：寫保護(hù)。當(dāng)WP低電平時(shí)向X25045的非易失性寫操作被禁止，但是器件的其他功能仍能正常工作。WP為高電平時(shí)所有功能正常。 RESET：復(fù)位。高電平有效，漏極開路輸出方式。用于電源檢測(cè)和看門狗時(shí)輸出。 Vss: 地。 Vcc: 電源電壓。有兩種芯片，一種是4.55.5 V，一種是2.75.5 V。三、工作原理 X25045共有條操作指令。如表。 其中WIP位由WREN指令設(shè)定為1，在下列情況之一可使WIP復(fù)位為0。

12、 a執(zhí)行WRDI。 b上電時(shí)。 c字節(jié)、頁或狀態(tài)寄存器寫周期完成之后。 dWP腳變?yōu)榈碗娖健?WEL是只讀位，在X25045的周期內(nèi)該位為1，寫結(jié)束后為0，寫入周期約10ms。 BL0、BL1是對(duì)E2PROM 塊進(jìn)行保護(hù)，對(duì)被保護(hù)的段只能讀（見下表一）。 WD0、WD1控制看門狗狀態(tài)。（見下表二） 十 軟件框圖示例 1、主程序框圖 定時(shí)器T0被初始化設(shè)定為：常數(shù)自動(dòng)重裝8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器方式，定時(shí)時(shí)間為250s，溢出產(chǎn)生中斷。中斷子程序中對(duì)各計(jì)數(shù)單元進(jìn)行處理，建立程序運(yùn)行的內(nèi)部時(shí)鐘。 定時(shí)器T1被初始化設(shè)定為：計(jì)數(shù)方式。記錄一段時(shí)間內(nèi)的外部輸入方波數(shù)。T1輸入端與V/F變換器輸出相連，讀取值與溫

13、度成正比。 初始化后，各子程序順序調(diào)用執(zhí)行，但執(zhí)行的頻率應(yīng)不相同，如顯示子程序可控制為1ms執(zhí)行一次，而采樣子程序只需1s執(zhí)行一次，進(jìn)入子程序后首先判斷時(shí)間計(jì)數(shù)器即可實(shí)現(xiàn)對(duì)子程序執(zhí)行周期的控制。 2、顯示、鍵盤、輸出、采樣、PID處理等子程序結(jié)構(gòu)圖 3、采樣子程序框圖 4、中斷子程序框圖： 5、顯示程序框圖 對(duì)顯示緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)逐個(gè)掃描輸出，每次只顯示一位，并輸出相應(yīng)的位碼。 6、PID控制程序框圖 8、鍵盤掃描程序框圖 說明：在這里A通道是指SET鍵按下5秒后，即修改參數(shù)時(shí)，再按一次SET鍵的程序通道，通道B是按下一次SET鍵后，即修改設(shè)定值時(shí)，再按SET鍵的程序通道。送存子程序指的是把設(shè)定值送到內(nèi)存的程序。 說明：在這里A通道是在修改參數(shù)后SET鍵按下5秒，即參數(shù)修改后送到相應(yīng)的內(nèi)存時(shí)的程序通道，通道B是在修改參數(shù)時(shí)按下一次SET鍵以改變所修改的參數(shù)的程序通道。送顯示指的是把要設(shè)定的值通過查表程序送到顯