基于單片機(jī)的恒溫箱智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案-wenkub
2023-05-18 22:34:26 本頁(yè)面
【正文】 S；SPI串行接口；線性度誤差最大為177。AD590具有標(biāo)準(zhǔn)化的輸出，固有的線性關(guān)系[6]。 溫度傳感器的選擇采用集成半導(dǎo)體溫度傳感器AD590。 按鍵輸入，設(shè)定可控制范圍內(nèi)任意溫度值；1%，控制精度小于177。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析 系統(tǒng)功能分析恒溫箱的智能控制系統(tǒng)由核心處理模塊、溫度采集模塊、鍵盤輸入模塊、液晶顯示模塊、及控制執(zhí)行模塊等組成。該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)溫度顯示和溫度設(shè)定功能，還具有溫度上、下限報(bào)警和自動(dòng)控制功能。在溫度的控制系統(tǒng)中一般用到的是較為先進(jìn)的控制系統(tǒng)理論和控制算法?；趩纹瑱C(jī)的恒溫箱智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案1 引言近年來(lái)為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，各個(gè)行業(yè)行為規(guī)范就越來(lái)越高，眾多機(jī)械類、醫(yī)藥類、化工類、建筑類等工業(yè)和企業(yè)都離不開(kāi)恒溫箱的使用；為了確保恒溫箱許多主要技術(shù)的指標(biāo)可以達(dá)到國(guó)家技術(shù)所要求的規(guī)定，必須對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，保證產(chǎn)品的質(zhì)量[1]。本系統(tǒng)中采用了PID算法，其算法應(yīng)用到了系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)中，對(duì)整個(gè)加熱過(guò)程使用模糊PID控制方案，對(duì)于加熱過(guò)程中所產(chǎn)生的各種干擾和恒溫箱的慣性問(wèn)題都進(jìn)行了分析[3]。當(dāng)溫度高于或低于設(shè)定值一定程度時(shí)，發(fā)出生光報(bào)警，消除由于單片機(jī)系統(tǒng)意外失控所造成的危險(xiǎn)，提高了恒溫箱工作的可靠性和使用安全性。本控制系統(tǒng)有以下功能及指標(biāo)：2%； 溫度上、下限越限報(bào)警。AD590是一種2端集成電路式半導(dǎo)體傳感器，輸出電流與它所受的溫度成線性關(guān)系。對(duì)于本系統(tǒng)要求對(duì)恒溫箱的溫度實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)和快速控制，DS18B20在速度上滿足不了要求，所以溫度傳感器采用AD590。1LSB；低供電電流(1mA典型值)；掉電模式電流為4μA。采用晶閘管對(duì)電熱絲的供電進(jìn)行控制。 單片機(jī)的選擇基于系統(tǒng)要求，系統(tǒng)所用的單片機(jī)選擇了AT89C52。為了確保恒溫箱工作可靠和使用安全，在輸出中設(shè)置報(bào)警接口。電網(wǎng)提供的交流電壓U1（220V，50Hz）經(jīng)變壓器的降壓后，得到電路所需的電壓U2，然后用整流電路轉(zhuǎn)換成大小隨時(shí)間變化、方向不變脈動(dòng)電壓U3，接著用濾波器過(guò)濾去交流分量，就得到了比較平直直流電壓U4。穩(wěn)壓電源電路原理圖由于OP07采用5V供電線性區(qū)太小，放大倍數(shù)太小，所以采用12V電源供電；晶閘管作為電熱絲供電的控制元件，所以觸發(fā)電壓采用9V電源供電；而單片機(jī)則采用5V供電。AD590 溫度傳感器具有重復(fù)性好、精度高等特點(diǎn)，其測(cè)量溫度范圍為：55℃～+150℃，線性度177。當(dāng)其感受的溫度升高或者降低時(shí)，則其電流就以1uA/℃的速率增大或減小，因而在應(yīng)用中將電流轉(zhuǎn)換為電壓，即可以用電壓來(lái)表示溫度大小。 放大電路的設(shè)計(jì)由于AD590的輸出信號(hào)微弱，為μA級(jí)，所以需要把信號(hào)放大，再輸入到模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，完成模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。為了測(cè)量電壓需要使輸出電流I不分流出來(lái)，使用電壓跟隨器，其輸出電壓V2等于輸入電壓V。 TLC2543的介紹TLC2543是11個(gè)輸入端的12位開(kāi)關(guān)電容逐次逼近模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有轉(zhuǎn)換速度快、穩(wěn)定性好、分辨率高、與微處理器接口簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。P0口：雙向8位三態(tài) I/O口，可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。當(dāng)利用8位地址線訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出特殊功能寄存器的內(nèi)容。作為輸入口，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出電流（IIL）。當(dāng)AT89C52執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的指令時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效，除了當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)兩個(gè)信號(hào)。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)在上電啟動(dòng)運(yùn)行是，都需要先復(fù)位。 液晶顯示電路大多數(shù)的數(shù)字系統(tǒng)都有人機(jī)接口模塊，本系統(tǒng)也不例外，本系統(tǒng)的顯示部分使用的是TM240128A液晶顯示模塊，TM240128A是內(nèi)藏T6963C控制器的240128點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊，在LCD板中還有行列驅(qū)動(dòng)器，8KB隨機(jī)存儲(chǔ)器，控制電路和時(shí)序電路等，通過(guò)對(duì)T6963C的編程，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣式LCD的各種應(yīng)用。圖36 TM240128A 與單片機(jī)接口電路其內(nèi)部沒(méi)有中文字庫(kù)，所以在顯示中文時(shí)，對(duì)其進(jìn)行圖形方式寫屏，其取模方式如圖37 TM240128A字模所示。 鍵盤接口電路對(duì)于數(shù)字系統(tǒng)，其輸入部分大多為鍵盤，鍵盤的形式有很多種，一般分為兩類，獨(dú)立式和矩陣式。它的缺點(diǎn)是硬件設(shè)備隨著鍵數(shù)的增加而增加。圖38 系統(tǒng)按鍵電路本系統(tǒng)使用P1口，不使用上拉電阻，其工作原理是：按鍵在沒(méi)有按下時(shí)，I/0口出現(xiàn)的是高電平，當(dāng)按下時(shí)I/O口會(huì)出現(xiàn)低電平，為了減少硬件資源，在硬件中沒(méi)有使用消抖電路，在程序中，可以使用軟件編程的方法進(jìn)行消抖。 報(bào)警電路設(shè)計(jì)報(bào)警電路采用一個(gè)小功率三極管Q1驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，當(dāng)單片機(jī)接收到超過(guò)上限溫度信號(hào)或下限溫度信號(hào)時(shí)，單片機(jī)輸出高電平，Q1導(dǎo)通，是蜂鳴器通電工作，發(fā)出報(bào)警聲。光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電—光—電轉(zhuǎn)換的器件。注：不能用R10k檔，否則導(dǎo)致發(fā)射管擊穿。由于220V的強(qiáng)電壓對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常大的電壓，所以在采集220V 50Hz電壓的信號(hào)是不能直接接收的，在本系統(tǒng)中，我用到的是過(guò)零檢測(cè)電路，其電路如圖311 過(guò)零檢測(cè)電路所示。軟件的設(shè)計(jì)對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)也占在一個(gè)非常有影響的地位的，系統(tǒng)軟件的運(yùn)行的抗干擾性、可操作性、人機(jī)界面的友好性，都是判別單片機(jī)系統(tǒng)好與不好的出發(fā)點(diǎn)。在控制狀態(tài)失常下的軟件對(duì)策(1)軟件冗余技術(shù)。(3)設(shè)置自檢程序技術(shù)。具體選取某種濾波，必須依據(jù)信號(hào)變化的規(guī)律選擇。這樣按鍵較少，不必使用行列式鍵盤，在程序的設(shè)計(jì)中，用查詢的方式對(duì)這三個(gè)鍵子的狀態(tài)進(jìn)行判斷，硬件電路中沒(méi)有加入消抖電路，所以在程序中，使用延時(shí)的方法消除按鍵的抖動(dòng)和誤動(dòng)作。在程序的運(yùn)行中，如果顯示漢字多，液晶的數(shù)據(jù)傳輸量就很大，所以在程序設(shè)計(jì)中，固定不變的字要使用初始化的方法寫入，這種方法在程序的執(zhí)行中只在程序的初始化中才執(zhí)行，而在初始化過(guò)后這些漢字不變，沒(méi)有必要循環(huán)寫入。圖41 TLC2543時(shí)序圖AT89C52的I/O接口內(nèi)部有上拉電阻，所以在程序中只對(duì)I/O口寫“1”或?qū)憽?”即可完成如圖42的時(shí)序圖，使TLC2543正常的工作。 主程序框圖恒溫箱控制系統(tǒng)主程序的順序應(yīng)該先初始化系統(tǒng)，如把晶閘管關(guān)閉、初始化液晶、初始化定時(shí)器等等，這些都是為系統(tǒng)下一步做好運(yùn)行的準(zhǔn)備；然后是程序的正式運(yùn)行， CPU做的應(yīng)該是數(shù)據(jù)的讀取、處理、輸出。在這里，只對(duì)主程序的框圖進(jìn)行初步的分析，其中的具體模塊程序會(huì)在以后的幾節(jié)中進(jìn)行介紹。在溫度的控制中，還要考慮到過(guò)零檢測(cè)信號(hào)的輸入，所以本系統(tǒng)中溫度的控制是一個(gè)難點(diǎn)，再有就是PID處理后的輸出量的處理，在數(shù)學(xué)公式中這些都是十分好算的，但是在編程的實(shí)現(xiàn)中，這些沒(méi)有實(shí)際所想象的那樣容易。延時(shí)減少100μS。圖43 溫度控制框圖 顯示程序介紹恒溫箱智能控制系統(tǒng)用TM240128A液晶顯示器作為顯示部分，本液晶內(nèi)部有數(shù)字和英文字母以及符號(hào)的字庫(kù)，在刷新數(shù)據(jù)時(shí)，要用到數(shù)字的字庫(kù)，但是在顯示數(shù)據(jù)時(shí)，不可以直接傳送一個(gè)幾位的整數(shù)，更不能寫入帶浮點(diǎn)的小數(shù)，因?yàn)槠鋬?nèi)部只有單個(gè)的數(shù)字的字模，系統(tǒng)只能將一個(gè)整數(shù)拆開(kāi)，比如：1234，系統(tǒng)要
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