【正文】 velopment and wide application, based on singlechip temperature gathering and control system development and application greatly improve the production of temperature in life level of control. This design STC89C52 describes a kind of mainly by MCU control unit, for temperature sensor PT100 temperature control system. The control system can realtime storage temperature data and record related to the current time. System design related hardware circuit and related applications. STC89C52 microcontroller hardware circuit include temperature detection circuit smallest system, and realtime clock circuit, LCD display circuit, munication module circuit, etc. System programming mainly include main program, read temperature subroutine, the calculation of temperature subroutines, key processing procedures, LCD display procedures and data storage procedures, etc. Keywords STC89C52 microcontroller； PT100； LCD display circuit； ADC0809 1 第 1 章 緒論 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，溫度是一個(gè)非常普遍但卻十分重要的一個(gè)工藝參數(shù)。很多材料的特性與溫度息息相關(guān)，且物理變化和化學(xué)反應(yīng)過程都與溫度密切相關(guān)因此對(duì)溫度的控制是現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)中的重要任務(wù)。而對(duì)于現(xiàn)代工業(yè)中不同生產(chǎn)情況和工藝要求，所采用的加熱方式，燃料，控制方案等也不盡相同。傳統(tǒng)的溫度測(cè)量辦法是利用一般溫度計(jì)進(jìn)行讀數(shù)。對(duì)于需要隨時(shí)了 解溫度變化的場合，這種辦法將會(huì)消耗大量人力、物力，而且對(duì)于變化較快的溫度數(shù)值不能做到同步及時(shí)測(cè)量，效果不佳。由于讀數(shù)時(shí)的人為因素引起的誤差也不可忽視。要用人工進(jìn)行溫度控制，其勞動(dòng)強(qiáng)度可想而知，而且無法做到精確控制，因此需要尋求更好的測(cè)溫控溫辦法。 伴隨著微電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展，微機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)以其邏輯簡單、控制靈活、使用方便及性能價(jià)格比高的優(yōu)點(diǎn)得到了迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用。它不僅在航空。航天、鐵路交通、冶金、電力、電訊、石油化工等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。而且其技術(shù)在日常生活中諸如電梯、微波爐、電冰箱、電 視機(jī)、智能照相機(jī)、電動(dòng)玩具、全自動(dòng)洗衣機(jī)、智能空調(diào)等高科技產(chǎn)品中也具有廣闊的使用前景，尤其是許多智能儀表和測(cè)控系統(tǒng)中引入電腦控制技術(shù)后，使傳統(tǒng)儀器、儀表設(shè)備發(fā)生了根本變化，為工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。所以越來越多的控制方法都采用了智能單片機(jī)控制。 單片機(jī)是一種集 CPU、 RAM、 ROM、 I/O 接口和中斷系統(tǒng)等部分于一體的器件，只需要外加電源和晶振就可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信息的處理和控制。因此，單片機(jī)廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)控制中?？刂凭哂畜w積小、重量輕、價(jià)格低、可靠性高、耗電少和靈活機(jī)動(dòng)等許多優(yōu)點(diǎn)，因此 如果能利用單片機(jī)進(jìn)行溫度的測(cè)量和控制，將會(huì)大大提高溫度測(cè)量和控制的可靠性和靈活性。 、內(nèi)容及意義 研究背景 以前的爐溫控制系統(tǒng)大都需要手工操作，按工藝需求設(shè)定溫度值加大電壓使點(diǎn)爐升溫，其升溫很難達(dá)到線性，恒溫保持也受外界干擾很大，無法實(shí)時(shí)控制，另外對(duì)工藝要求復(fù)雜的控制對(duì)象難以控制。為了做到工藝控制的全自動(dòng)化，并達(dá)到高精度高穩(wěn)定性的實(shí)時(shí)要求，研究一個(gè)智能性的爐溫實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)是很有意義的。 以前在溫度控制時(shí)，主要通過人為的控制方式，即根據(jù)經(jīng)驗(yàn)時(shí)間來估計(jì)加熱到預(yù)定溫度的時(shí)間，以及通過 用溫度計(jì)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量來控制加熱的時(shí)間。這種方 2 式不僅勞動(dòng)強(qiáng)度高，而且對(duì)于溫度變化很快的時(shí)候無法達(dá)到精確控制。所以必須對(duì)加熱爐的溫度控制方式進(jìn)行改進(jìn)，來降低勞動(dòng)強(qiáng)度及控制精度。 論文主要內(nèi)容 利用單片機(jī)來測(cè)量爐內(nèi)的溫度和對(duì)爐內(nèi)溫度進(jìn)行控制。利用溫度傳感器與信號(hào)電路相結(jié)合，再經(jīng)過單片機(jī)處理顯示，通過 24 小時(shí)的定溫監(jiān)測(cè)以及在溫度上升或下降到某一范圍定時(shí)報(bào)警，節(jié)省人力和物力，大大提高工作效率。 研究意義 通過單片機(jī)來控制加熱的過程促進(jìn)了生產(chǎn)過程自動(dòng)化。而生產(chǎn)過程自動(dòng)化是保持生產(chǎn)穩(wěn)定、降 低消耗、改善勞動(dòng)條件、保證生產(chǎn)安全和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要手段。采用溫度控制系統(tǒng)來控制溫度對(duì)企業(yè)具有重要的意義： 1．降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件。采用單片機(jī)系統(tǒng)后，不再需要工人不停的對(duì)加熱爐進(jìn)行檢查。 2．提高控制精度。單片機(jī)可以對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，降低溫度加熱的滯后性，以此提高加熱的精度。 3．提高工作效率，降低成本，采用單片機(jī)系統(tǒng)控制可以更快的達(dá)到恒溫控制的效果，提高工作效率、節(jié)省能源、降低成本。 4．提高企業(yè)對(duì)可控制電加熱技術(shù)的應(yīng)用水平，鍛煉企業(yè)技術(shù)人員的開發(fā)、應(yīng)用能力。 3 第 2 章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 本系統(tǒng)采用了 STC89C52 作為處理器，以 PT100 為溫度傳感器的溫度采集系統(tǒng)，并通過 ADC0809 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，該控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)存儲(chǔ)相關(guān)的溫度數(shù)據(jù)并記錄當(dāng)前的時(shí)間。其主要包括：電源模塊、溫度采集模塊、按鍵處理模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、報(bào)警電路模塊、 LCD 顯示模塊、通訊模塊以及單片機(jī)最小系統(tǒng)。 硬件系統(tǒng)原理框圖如圖 21。 圖 21 硬件原理框圖 系統(tǒng)部分功能模塊設(shè)計(jì) 溫度采集電路選擇 傳感器的選擇： 目 前，溫度傳感器沒有統(tǒng)一的分類方法。按輸出量分類有模擬式溫度傳感器和數(shù)字式溫度傳感器。按測(cè)溫方式分類有接觸式溫度傳感器和非接觸式溫度傳感器。按類型分類有分立式溫度傳感器（含敏感元件）、模擬集成溫度傳感器和智能溫度傳感器（即數(shù)字溫度傳感器）。 溫度傳感器的從測(cè)量原理分為，體積熱膨脹，電阻變化，熱電效應(yīng)（熱電偶），壓電效應(yīng)頻率變化，光學(xué)反應(yīng)等溫度傳感器，它們各自有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，利用體實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊 存儲(chǔ)模塊 通訊模塊 按鍵輸入模塊 LCD 顯示模塊 溫度采集模塊 STC89SC52 報(bào)警電路模塊 電源模塊 ADC0809 4 積熱膨脹的溫度傳感器，不需要用電。電阻溫度傳感器分為銅電阻，中等精度價(jià)格低；鉑電阻高精度價(jià)格高；熱敏電阻，精度低靈敏度高。熱電效應(yīng)溫 度傳感器，溫度范圍寬，測(cè)量精度高但需要冷端補(bǔ)償。利用壓電效應(yīng)和頻率變化改變輸出值的溫度傳感器可以作為標(biāo)準(zhǔn)使用。利用光學(xué)變化改變溫度傳感器適合高溫非接觸測(cè)量。 溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。常用的溫度傳感器有熱電阻、熱敏電阻和熱電偶。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、 PN 結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。 方案一：選擇熱電偶傳感器 熱電偶作為測(cè)溫原件具有結(jié)構(gòu)簡單、較高的精準(zhǔn)度、測(cè)量范圍寬、 具有良好的敏感度等優(yōu)點(diǎn)，在溫度測(cè)量中應(yīng)用最為廣泛。 方案二：選擇熱電阻傳感器 熱電阻在工業(yè)上廣泛應(yīng)用于測(cè)量 200～ +500℃ 范圍的溫度，隨著科技的發(fā)展熱電阻溫度計(jì)的測(cè)量范圍低溫端可達(dá) ℃ 左右，高溫端可測(cè)到 1000℃ 。熱電阻溫度傳感器的特點(diǎn)是精度高，適宜測(cè)低溫。在 560℃ 以下的溫度測(cè)量中，它的輸出信號(hào)比熱電偶容易測(cè)量。本系統(tǒng)選擇的加熱爐溫度一般在室溫 0～ 700℃ 范圍內(nèi)，范圍比較窄，也比較低，對(duì)精度的要求也比較低，綜合考慮熱電阻、熱電偶和熱敏電阻的特點(diǎn)，選用熱電阻比較好。另外，熱電阻又有鉑電阻、銅電 阻、鐵電阻和鎳電阻等，各有其特點(diǎn)，由于鉑電阻穩(wěn)定性好，性能可靠，所以本設(shè)計(jì)選用了常用的鉑電阻 Pt100 作為溫度傳感器。 方案三：選擇 MAX6577 作為傳感器 MAX6577 作為溫度傳感芯片，這是一種將溫度轉(zhuǎn)換為均衡頻率方波的傳感器(溫度 → 頻率 )，其主要特點(diǎn)如下： A. 方波輸出，無需 A/D 轉(zhuǎn)換與單片機(jī)計(jì)數(shù)端直接相連。 B. 溫度測(cè)量范圍 40~+125℃ 。 C. 較低的測(cè)量誤差。測(cè)量溫度是 +25℃ 時(shí)，誤差范圍為 177?！?；測(cè)量溫度是+125℃ 時(shí)，誤差范圍為 177?！?。 D. 不需外接元件，體積小 (最大 3mm3mm)，適合用作溫度 測(cè)量探頭。需要注意的是，該傳感芯片將溫度轉(zhuǎn)換為頻率是以絕對(duì)溫度 (K)為前提，因此對(duì)頻率的計(jì)數(shù)結(jié)果應(yīng)減去 273 才能得到攝氏溫度，這當(dāng)然可以在軟件編寫時(shí)方便地做運(yùn)算處理。 由于本設(shè)計(jì)的控制溫度范圍在室溫 0~700℃ ， 由于鉑電阻的精度高，所以本設(shè)計(jì)選擇方案二。 A/D 轉(zhuǎn)換芯片的選擇： A/D 轉(zhuǎn)換器把傳感器采集的模擬量輸入轉(zhuǎn)換成單片所能識(shí)別的數(shù)字量信號(hào)。 A/D 轉(zhuǎn)換器的種類分為雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器如 ICL7109，逐 5 次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器如 ADC0809 和并型 A/D 轉(zhuǎn)換器。雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器的精度高，抗干擾性好，價(jià)格便宜， 但是速度較慢 ,逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器的精度，價(jià)格，速度適中，并型 A/D 轉(zhuǎn)換器，速度快價(jià)格也昂貴，本設(shè)計(jì)綜合考慮采用逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809。 單片機(jī)與 A/D 轉(zhuǎn)換器接口電路的主要功能是： A. 通過 I/O 輸出通道啟動(dòng)轉(zhuǎn)換或直接輸出指令啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的方式完全由 A/D 內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)而定。 B. 把轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)送入 CPU。 當(dāng)確定使用 A/D 轉(zhuǎn)換器以后，按下列原則選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片。 A) 根據(jù)前向通道的總誤差，選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器精度及分辨率。 B) 根據(jù)信號(hào)對(duì)象的變化率及轉(zhuǎn)換精度要求，確定 A/D 轉(zhuǎn)換速度，以保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí) 性要求。 C) 根據(jù)環(huán)境條件選擇 A/D 轉(zhuǎn)換芯片的一些環(huán)境參數(shù)要求，如工作溫度、功耗、可靠性等級(jí)性能。 D) 根據(jù)單片機(jī)接口特征，考慮如何選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸出狀態(tài)。 其它，還要考慮到成本、資源、是否是流行芯片等因素。由于各 A/D 轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)不一樣，速度相差很大，一般需要有數(shù) 10uS 以上的轉(zhuǎn)換時(shí)間，因此在單片機(jī)發(fā)出轉(zhuǎn)換命令后，需等待轉(zhuǎn)換結(jié)束方可讀取數(shù)據(jù)。常用的有程序查詢輸入方式和中斷方式。 INT7 和 INT6 兩個(gè)輸入端分別接地和 AD 參考電源，是為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字自動(dòng)調(diào)零和抑制電源波動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)換的影響，并可供微機(jī)儀表實(shí)現(xiàn)自校用。 ADC0809 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 22 所示，本系統(tǒng)采用 ADC0809 構(gòu)成 A/D 轉(zhuǎn)換電路。 ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)它由 8 路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8 位開關(guān)樹型 D/A 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此， ADC0809 可處理 8 路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作。輸入輸出與 TTL兼容。 由于 ADC0809 的片內(nèi)無時(shí)鐘，它的時(shí)鐘頻率在 10KHZ—1280KHZ 之間?？衫?AT89C52 提供的地址鎖存 允許信號(hào) ALE 經(jīng) D 觸發(fā)器二分頻所得， ALE 腳的頻率是 AT89C52 單片機(jī)時(shí)鐘頻率的 61 。由于 ADC0809 具有輸出三態(tài)鎖存器，故其 8 位數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相連。 方案一：選擇 MC14433 MC14433 是 3 又 1/2 位 BCD 碼輸出、雙積分式的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換速度約 1～ 10 次 /s，需 177。5V工作電源，其模擬量輸入電壓為 或 ，基準(zhǔn)電源相應(yīng)為 200mV或 2V。 6 方案二：選擇 ADC0809 ADC0809 是 8 位、逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，具有地址鎖存控制的 8 路模擬開關(guān)，應(yīng)用單一＋ 5V 電源，其模擬量輸入電壓的范圍為 0～ 5V，對(duì)應(yīng)的數(shù)字量輸出為 00～ FFH，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100us，無需調(diào)零或調(diào)整滿量程。 根據(jù) MC14433 和 ADC0809 的特性可以看出， ADC0809 的轉(zhuǎn)換速度快，且只需單一的 +5V電源，使用起來比 MC14433 方便的多。本系統(tǒng)的要求溫度控制誤差在 177。2 ℃ 內(nèi)，采用 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，其最大量化誤差為 177。(1/255)250℃ ＝ 177。℃ ，完全能滿足要求。 顯示電路 在單