【正文】 構(gòu)成及各種控制參數(shù)變化對系統(tǒng)動、靜態(tài)特性的影響。③顯示子程序─—DISUP它的功能是把顯示緩沖區(qū)（7CH～7FH）的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為7段代碼送4位LED顯示。②標(biāo)度變換子程序─—BDBH它的功能是把溫度A/D值變換為供顯示的BCD碼值（含1位小數(shù)），格式為.，存放于30H和31H中（31H為低位），并把整數(shù)部分存放在32H（十六進(jìn)制數(shù)）。如果先對內(nèi)存進(jìn)行分配，本系統(tǒng)可分配為： 00H～07H，R0～R7　　供主程序使用 08H～0FH，R′0～R′7　　供T0中斷服務(wù)程序使用 20H 定時1s時間常數(shù)（初值為10） 21H 8255A口數(shù)據(jù)暫存（顯示器段碼）22H 8255B口數(shù)據(jù)暫存（D/A數(shù)據(jù)）23H 8255C口數(shù)據(jù)暫存 24H 8031 P1 口的T給定BCD值暫存。由式（44）可以看出：計算一次Y（n），不僅需要的存儲器空間大，而且計算量也很大，于是進(jìn)一步寫出遞推公式：由 Y（n1）= KP {e(n1)+ +[e(n1)e(n2)]} （45） 由式（4）減去式（5）得： ΔY（n）=Y(n)Y(n1) =KP {[e(n)e(n1)]+[e(n)2e(n1)+e(n2)]} = KP[e(n)e(n1)]+ KI e(n)+KD[e(n)2e(n1)+e(n2)] （46） 或 Y(n)=Y(n1)+ KP[e(n)e(n1)]+ KI e(n)+KD[e(n)2e(n1)+e(n2)]（47）式中 KI=KP，稱為積分常數(shù)；KD=KP，稱為微分常數(shù)。 PID算法的微機(jī)實現(xiàn)由于微機(jī)控制系統(tǒng)是一種時間離散控制系統(tǒng)，故必須把微分方程離散化為差分方程，最終寫出遞推公式才能直接應(yīng)用。連續(xù)系統(tǒng)PID控制器的微分方程為：y(t)= KPP[e(t)+] （41）式中 y(t)為控制器的輸出；e(t)為控制器的輸入；KP比例放大系數(shù)；TI為控制器的積分時間常數(shù)；TD為控制器的微分時間常數(shù)。 圖41 溫度控制系統(tǒng)程序框圖 PID控制算法前面提到，大多數(shù)的溫度控制系統(tǒng)可以看作一階純滯后環(huán)節(jié)，由于本系統(tǒng)純滯后時間較小，故可采用PID（比例、積分、微分）控制算法實施控制。89C51從T1中斷服務(wù)程序返回后便可恢復(fù)現(xiàn)場和返回主程序，以等待下次T0中斷。T0中斷服務(wù)程序是溫度控制系統(tǒng)的主體程序，用于啟動A/D轉(zhuǎn)換，讀入采樣數(shù)據(jù)，數(shù)字濾波，越限溫度報警和越限處理，PID計算和輸出可控硅的同步觸發(fā)脈沖等。源程序清單參考附錄A。 圖38 過零檢測電路4 軟件設(shè)計本系統(tǒng)的控制軟件可設(shè)計為一個主程序和一個T0通道中斷服務(wù)程序。在交流電源的正負(fù)半周, 分別導(dǎo)通, 輸出低電平, 在交流電源正弦波過零的瞬間,兩個光電耦合器均不導(dǎo)通, 輸出高電平。其電路如圖35所示。由于電阻絲的加熱電壓大于單片機(jī)的工作電壓，為了避免燒壞單片機(jī)系統(tǒng)，采用光電隔離電路如圖37所示。圖35 信號處理電路 主電路主電路如圖36所示，溫度檢測信號輸入ADC0809的IN3引腳，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果輸入AT89C51，結(jié)果從P1口輸出驅(qū)動2個LED實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示功能。 信號處理電路 溫度檢測的小信號放大與絕對/攝氏溫度轉(zhuǎn)換采用圖電路，其中RW用來完成絕對/攝氏溫度轉(zhuǎn)換及調(diào)零功能，運放要求采用一片集成普通四運放LM324來完成圖的信號處理功能，其工作電源取單電源VCC=9V。這樣，A1與A2輸出端之間的電壓即為轉(zhuǎn)換成的攝氏溫標(biāo)。圖34所示是一個電流/電壓和絕對/攝氏溫標(biāo)的轉(zhuǎn)換電路，其中運算放大器A1被接成電壓跟隨器形式，以增加信號的輸入阻抗。A。 轉(zhuǎn)換電路在設(shè)計測溫電路時，首先應(yīng)將電流轉(zhuǎn)換成電壓。因其利用率高，負(fù)載重，后相電路只需加一塊同相驅(qū)動器即可正常工作。利用89C51串行口輸出工作方式，使89C51的利用率大大提高，外部電路得以簡化。 設(shè)計的出發(fā)點在達(dá)到對溫度的檢測和控制的基礎(chǔ)上，達(dá)到一定的測控精度，并盡量使系統(tǒng)的可靠性高、穩(wěn)定性好、性價比高、速度快、使用靈活、實現(xiàn)容易、便于擴(kuò)充。系統(tǒng)的溫度最小區(qū)分度為1℃。 溫度檢測電路設(shè)計 設(shè)計目標(biāo)用單片機(jī)對溫度進(jìn)行實時檢測和控制，以解決工業(yè)及日常生活中對溫度的及時自動控制問題；用十進(jìn)制數(shù)碼顯示實際溫度值，方便人工監(jiān)視；用鍵盤輸入溫度控制范圍值，便于在不同應(yīng)用場所設(shè)置不同溫度范圍值?？煽毓杞油〞r間可以通過可控硅控制極上觸發(fā)脈沖控制。如單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)電路原理圖所示，雙向可控硅管和加熱絲串接在交流220V、50Hz是電回路。如圖33所示。其中電平復(fù)位是通過RST端經(jīng)電阻與電源Vcc接通而實現(xiàn)的。本設(shè)計就是用的按鍵手動復(fù)位。時鐘頻率用12MHZ時C取22uF,R取1KΩ。最簡單的上電自動復(fù)位電路中上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。89C51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。所以本設(shè)計中，振蕩晶體選擇12MHZ,電容選擇25pF。 對于雙字節(jié)單機(jī)器指令，通常是在一個機(jī)器周期內(nèi)從程序存儲器中讀人兩個字節(jié)，但Movx指令例外，Movx指令是訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的單字節(jié)雙機(jī)器周期指令，在執(zhí)行Movx指令期間，外部數(shù)據(jù)存儲器被訪問且被選通時跳過兩次取指操作，實現(xiàn)延時功能。在加結(jié)束時完成指令操作。如果是雙字節(jié)指令，則在同一機(jī)器周期的s4讀入第二字節(jié)。若采用12MHz的晶體振蕩器，則每個機(jī)器周期為1us，每個狀態(tài)周期為1／6us；在一數(shù)情況下，算術(shù)和邏輯操作發(fā)生在N期間，而內(nèi)部寄存器到寄存器的傳輸發(fā)生在P2期間。時序 MCS5l單片機(jī)的一個執(zhí)器周期由6個狀態(tài)(s1—s6)組成，每個狀態(tài)又持續(xù)2個接蕩周期，分為P1和P2兩個節(jié)拍。機(jī)器周期與主頻有關(guān)，機(jī)器周期是主頻的12倍，所以一個機(jī)器周期的時間為12*（1/12M）=1us。時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進(jìn)行二分頻之后，才成為單片機(jī)的時鐘脈沖信號，如圖32所示。圖31 電源電路 時鐘電路在AT89C51內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。CW7805為三端固定輸出集成穩(wěn)壓器，其輸入和輸出電壓都為固定值，它的輸入電壓為+10V，輸出電壓為+5V。C3為濾波電容，C1用于抵消輸入端較長接線的電感效應(yīng)，以防止自激振蕩，還可抑制電源的高頻脈沖干擾。變壓器原邊為工頻交流220V電壓，經(jīng)過變壓后，變壓器副邊的電壓變?yōu)榻涣?1V，11V交流電壓經(jīng)過橋式整流電路整流后變?yōu)橹绷?0V電壓，直流10V電壓作為CW7805的輸入電壓，CW7805輸出+5V電壓。3 硬件設(shè)計 AT89C51單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計 電源電路如圖31所示為集成直流穩(wěn)壓電源電路的原理圖，本電源電路是由集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)之間進(jìn)行光電隔離。烘箱溫度與給定值的偏差小時，調(diào)節(jié)閥不動作，以減少閥的機(jī)械磨損；偏差較大時，經(jīng)PI算法運算后，單片機(jī)通過D/A輸出控制信號控制閥門的開度，為了使控制參數(shù)現(xiàn)場可調(diào)，可用3個電位器產(chǎn)生3路可調(diào)電壓經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換實現(xiàn)對A/D轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)對PI算法的3個參數(shù)（比例系數(shù)Kp、積分系數(shù)KI、控制周期Tc）在線整定。調(diào)節(jié)閥用D/A轉(zhuǎn)換器輸出的可調(diào)電流控制，0mA對應(yīng)閥門完全關(guān)閉，10mA對應(yīng)閥門全打開。A/K。溫度測量可以選用半導(dǎo)體集成溫度傳感器AD590，它的響應(yīng)速度快，與單片機(jī)接口簡單。 具體設(shè)計考慮由于溫度測量范圍為0～120℃，控制精度也不高，可選用8路8位ADC0809作A/D轉(zhuǎn)換器，℃；為了方便操作，系統(tǒng)可不擴(kuò)展專用鍵盤，溫度給定輸入可用2位BCD碼撥盤開關(guān)置數(shù)；溫度顯示可用4位LED；為了實現(xiàn)通過調(diào)節(jié)蒸汽流量控溫，可擴(kuò)展8位DAC0832作D\A轉(zhuǎn)換器。例如：若溫度測量范圍為400℃～1000℃，,毫伏變送器零點遷移后輸出010mV范圍電流。本設(shè)計采用鎳鉻/鎳鋁熱電偶，此電偶用于0℃～1000℃的溫度測量范圍，.變送器由毫伏變送器和電流/電壓變送器組成：；電流/電壓變送器用于把毫伏變送器輸出的010MA電流變換成05V范圍的電壓。圖21 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)方案原理示意圖傳感器把測量的烘箱溫度信號轉(zhuǎn)換成弱電壓信號，經(jīng)過信號放大電路，送入低通濾波電路，以消除噪音和干擾，濾波后的信號輸入到A/D轉(zhuǎn)換器（ADC0809）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入主機(jī)。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)以89C51單片機(jī)為核心，由溫度測量變換、測量放大、大功率運放、A/D與D/A轉(zhuǎn)換器、輸入光電隔離、驅(qū)動電路、鍵盤顯示、存儲器共同組成。2 總體方案根據(jù)功能和指標(biāo)要求，本系統(tǒng)可以從元件級開始設(shè)計，選用MCS51單片機(jī)為主控機(jī)。采用MCS51單片機(jī)來對溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。 課題舉例簡介在現(xiàn)代化的工業(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)。它的存在，提高了電器的品質(zhì)，增加了智能溫度測量與控制電器的功能，并在智能溫度測量與控制電器中執(zhí)行模擬人類智能的進(jìn)程。伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)有了更高的飛躍，我們現(xiàn)在完全可以運用單片機(jī)和電子溫度傳感器對某處進(jìn)行溫度檢測，而且我們可以很容易地做到多點的溫度檢測，如果對此原理圖稍加改進(jìn)，我們還可以進(jìn)行不同地點的實時溫度檢測和控制。 在國內(nèi)，由于單片機(jī)具有功能強(qiáng)、體積小、可靠性好、和價格低廉等獨特優(yōu)點，因此，在智能儀器儀表、工業(yè)自動控制、計算機(jī)智能終端、家用電器、兒童玩具等許多方面，都已得到了很好的應(yīng)用，因而受到人們高度重視，取得了一系列科研成果，成為傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)改造和新產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想機(jī)種，具有廣闊的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；溫度傳感器；溫度檢測；溫度控制；PID算法Based On Singlechip Microputre Temperature ControlSystem DesignAbstractThe design of singlechip’s temperature control system is introduced from hardware and software, and simply explains how to actualize t