【正文】 于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量日漸上升。溫度控制器是基于單片機(jī)開發(fā)的溫度控制裝置。其主要功能是，根據(jù)用戶設(shè)定溫度與實(shí)際溫度的差值來控制加熱器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而改變溫度至用戶所需。近些年來，因?yàn)闇囟瓤刂破鳝h(huán)節(jié)已經(jīng)被納入為分布式控制系統(tǒng)（DCS），個(gè)人電腦（PC）和可編程邏輯控制器（PLC），全球工業(yè)電子溫度控制器市場增長緩慢。隨著我國電子溫度控制器市場的迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。了解國內(nèi)外電子溫度控制器生產(chǎn)核心技術(shù)的研發(fā)動向、工藝設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用及趨勢對于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場競爭力十分關(guān)鍵。目前主要有模擬、集成機(jī)械式溫度控制器和智能電子式溫度控制器兩大系列。且國際上新型溫度控制器正從模擬式向數(shù)字式、電子式；從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。在當(dāng)今電子信息時(shí)代，電子自動化、信息采集控制在任何行業(yè)都是不可逆轉(zhuǎn)的潮流。溫度控制器發(fā)展初期是機(jī)械式溫度控制器，這類溫度控制器采用雙金屬片或充氣膜盒感測室內(nèi)溫度，使用波段開關(guān)直接調(diào)整風(fēng)速。雙金屬片溫度控制器現(xiàn)基本已淘汰，只使用在一些要求不高較低檔場合；充氣膜盒溫度控制器當(dāng)前較流行，但總體來講機(jī)械式溫度控制器缺點(diǎn)十分明顯：；；（直接切換強(qiáng)電）；（風(fēng)閥）；。鑒于這些，智能電子式溫度控制器全面取代機(jī)械式溫度控制器將是不可逆轉(zhuǎn)的潮流。本文將介紹一款以單片機(jī)為核心,具有智能、可編程、環(huán)保和節(jié)能等特點(diǎn)的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的溫度控制器是已單片機(jī)為核心的。單片微型機(jī)簡稱單片機(jī)，它是在一片芯片上集成了中央處理部件，存儲器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和各種輸入輸出設(shè)備等接口部件。單片機(jī)是微機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要的分支，自問世以來，性能不斷地改善和提高，加之單片機(jī)具有集成度高、功能強(qiáng)、速度快、體積小、功耗小、使用方便、性能可靠、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，故在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集和處理、通信系統(tǒng)、家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。國內(nèi)雖然起步較晚，但單片機(jī)的潛力越來越被人們所重視，尤其在工業(yè)控制、自動化儀器儀表、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口、智能化外設(shè)等應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展很快。它的應(yīng)用對于產(chǎn)品升級換代、機(jī)電一體化都具有重要的意義。在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。其中，溫度控制也越來越重要。在工業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測和控制。采用單片機(jī)對溫度進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。單片機(jī)控制系統(tǒng)由微機(jī)和工業(yè)生產(chǎn)對象兩大部分組成，其中包括硬件電路和軟件程序，整個(gè)控制系統(tǒng)是通過接口將計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程聯(lián)系起來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)處理和控制。本文介紹了MCS—51單片機(jī)對溫度控制系統(tǒng)硬件接口和軟件設(shè)計(jì)的基本思想。包括單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展即程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展，輸入/輸出接口擴(kuò)展和溫度控制電路的接口。首先，收集大量相關(guān)資料，參考多種溫度控制器方案并確定出自己將要設(shè)計(jì)的方案；(根據(jù)系統(tǒng)具體指標(biāo)要求，可以對每一個(gè)具體部分進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。此外，整個(gè)控制系統(tǒng)可分為硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)兩大部分?？煞謩e對它們進(jìn)行分析設(shè)計(jì))再對自己打算設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行仿真調(diào)試；當(dāng)仿真調(diào)試得到理想效果時(shí)，再將設(shè)計(jì)好的原理電路制成PCB板；隨后清點(diǎn)需要的元器件，并購買；最后，按照自己設(shè)計(jì)的電路完成實(shí)物并調(diào)試。第2章 系統(tǒng)的基本組成及工作原理在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。其中，溫度控制也越來越重要。在工業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測和控制。采用單片機(jī)對溫度進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。本系統(tǒng)是由核心處理模塊、溫度采集模塊、鍵盤顯示模塊、及控制執(zhí)行模塊等組成。方案一： 采用AT89S51作為電路的控制核心,使用12位的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574A進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,控制電路部分采用PWM控制可控硅的通斷以實(shí)行對溫度的連續(xù)控制,此方案精度相對較高，但價(jià)格昂貴。如用于本設(shè)計(jì)，顯得浪費(fèi)資源。方案二： 采用8031作為控制核心,以使用最為普遍的器件ADC0809作模數(shù)轉(zhuǎn)換,控制上使用對電阻絲加電使其升溫。此方案簡易可行,器件的價(jià)格便宜，且應(yīng)用簡單。對本次設(shè)計(jì)而言，相對適宜。綜上分析,針對此次設(shè)計(jì)，我們采用方案二即可：整個(gè)系統(tǒng)由8031單片機(jī)、8155外圍接口芯片，以及2732EPROM可擦除程序存儲器、ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器、溫度檢測元件和溫度控制電路組成。[8]控制系統(tǒng)工作如下：材料溫度由熱電阻測量，信號放大通過放大器，毫伏信號放大后由A/D轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量，再通過光電耦合器，進(jìn)入主機(jī)電路。由主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，判斷分析，再輸出數(shù)字控制量，去控制加熱功率，從而實(shí)現(xiàn)對溫度的控制。同時(shí)，超過上下限時(shí)進(jìn)行自動報(bào)警，控制中自動顯示溫度值。進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮如下問題：⑴具有掉電保護(hù)功能；⑵具有超偏報(bào)警功能，超偏時(shí)，發(fā)光管以閃光形勢報(bào)警；⑶輸入輸出通道和主機(jī)都用光電耦合器進(jìn)行隔離，使儀器具有較強(qiáng)的抗干擾能力；⑷采用六位LED顯示；⑸溫度控制范圍涉及測溫元件、電爐功率的選擇；⑹控制精度、超調(diào)量等指標(biāo)，涉及到A/D轉(zhuǎn)換精度、控制規(guī)律選擇等。系統(tǒng)原理框圖如下所示：掉電保護(hù)供電系統(tǒng)溫度測量電路溫度控制中心（芯片組）溫度控制電路（可控硅）溫度顯示數(shù)模轉(zhuǎn)換過溫報(bào)警本設(shè)計(jì)溫度控制器以單片機(jī)芯片組為控制中心，由掉電保護(hù)供電系統(tǒng)對各個(gè)部分進(jìn)行供電。溫度測試電路將溫度信息轉(zhuǎn)換為模電信息，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后再傳到溫度控制中心（芯片組）進(jìn)行分析處理。在芯片組的處理下，控制溫度控制電路的工作，控制顯示當(dāng)前溫度及過溫報(bào)警。溫度控制電路工作以改變溫度，從而達(dá)到控溫目的。第3章 測溫電路的選擇及設(shè)計(jì) 熱電偶測溫電路熱電偶是將溫度量轉(zhuǎn)換成電勢大小的熱電傳感器，它被廣泛用來測量100℃─1300℃范圍內(nèi)的溫度，它具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，精度高，熱慣性小，可測局部溫度，集中檢測，自動記錄等特點(diǎn)。[2] 如圖，將兩種不同材料導(dǎo)體A、B兩端接在一起，一端溫度為，另一端為T（T＞），這時(shí)在這個(gè)回路中將產(chǎn)生一個(gè)與溫度、T以及導(dǎo)體料性質(zhì)有關(guān)的電勢（T、），這樣構(gòu)成的熱電變換元件稱為熱電偶，可用來測量溫度，這種熱電效應(yīng)產(chǎn)生的電勢（T、）是由珀?duì)柼?yīng)和湯姆遜效應(yīng)引起的。常見的幾種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶有：鉑—鉑熱電偶（WRLB）（分度號LB3）、鉑—鉑熱電偶（WRLL）（分度號：LL2）：鎳鉻、鎳硅或鎳鉻—鎳鋁熱電偶（WREV）（分度號EV2）：鎳鉻—考銅熱電偶（WREA）（分度號EA2）。 毫伏變送器是電動單元組合儀表中的一種，它可以將來自熱電偶的MV級信號轉(zhuǎn)換為電流輸出，同時(shí)還能對熱電偶溫—電曲線進(jìn)行校正，從而使熱電偶檢測的溫度值與變送器的輸出具有線性關(guān)系，本系統(tǒng)中所有用的變送器為EX系列儀表中的熱電偶溫度變送器它的輸入電路有冷端補(bǔ)償和斷偶保護(hù)措施，負(fù)反饋電路具有線性功能。線性功能：毫伏單元變送用折線近似地代替曲線構(gòu)成非線性負(fù)反饋使變送器整個(gè)閉合的特性具有非線性，如果這個(gè)非線性的規(guī)律和所用熱電偶特性曲線互相抵消，就可以使輸出電壓和電流具有完全正比于溫度的性能。為了提高測量精度，可將變送器進(jìn)行零點(diǎn)遷移，當(dāng)溫度范圍為400℃─1000℃，~，使變送器輸出0~10mv,其輸出經(jīng)過電流—電壓變換電路轉(zhuǎn)換為0~5v電壓信號，這樣，使用8位的ADC使量化誤差達(dá)177。℃。 熱敏電阻測溫電路利用感溫電阻，把測量溫度轉(zhuǎn)化成測量電阻的電阻式測溫系統(tǒng)，常用于測量200℃~+500℃范圍內(nèi)的溫度，大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻，都具有隨溫度變化的特性，其特性方程如下：