課程設(shè)計(jì)--基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng)-展示頁
2025-06-16 16:24本頁面
【正文】 ），后者確定了數(shù)據(jù)線的位數(shù)是 8位（ O0～O7）。強(qiáng)制 CPU 從 外部程序存儲(chǔ)器讀取程序。首選 8031 的理由是：價(jià)格便宜，開發(fā)環(huán)境比較成熟。剩余 8 個(gè)引腳分別為：電源、地線、接石英晶體（兩根）、復(fù)位和三個(gè)特殊功能引 腳（ ALE、 EA、 PSEN）。每個(gè)引腳再加小標(biāo)號(hào)，比如?? 等。 系統(tǒng)元器件的選擇 傳感器的選擇：常用的溫度檢測(cè)元件主要有熱電偶、熱電阻、熱敏電阻等。 測(cè)量準(zhǔn)確，價(jià)格適中、測(cè)溫范圍寬，線性度較好。本題選用熱電偶類別鎳鉻－康銅代號(hào) WRK 分度號(hào) E，測(cè)量范圍 0－ 800℃，基本誤差限177。 執(zhí)行元件的選擇：電阻加熱爐采用晶閘管（ SCR）來做執(zhí)行元件，結(jié)合電阻爐的具體要求，為了減少爐溫的紋波，對(duì)輸出通道采用較高的分辨率的方案，因此采用零點(diǎn)觸發(fā)的方式。 控制單元：采用雙向可控硅進(jìn)行控制，其功能相當(dāng)于兩個(gè)單向可控硅反向連接，具有雙向?qū)üδ?，其通斷狀態(tài)由控制極 G決定。 為了將變化的溫度值轉(zhuǎn)化為變化的電壓信號(hào)，以熱電偶作為檢測(cè)元件，根據(jù)被控溫度的測(cè)量范圍及控溫精度，選用鎳鉻－康銅熱電偶，其分度號(hào) E，測(cè)量范圍 0－ 800℃。電流電壓變送器將 0— 10mA 電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成為 0— 5V 的電壓信號(hào)。 因?yàn)樗刂频膶?shí)際溫度在 50～ 200℃左右，即（ 200－ 50＝ 150）所以選用 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器，其分辨率約為 ℃ /字，再加放大器偏置措施實(shí)現(xiàn)（通過調(diào)整放大器的零點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)偏置）。 ADC0809 是帶有8位 A/D 轉(zhuǎn)換器， 8 路多路開關(guān)以及微型計(jì)算機(jī)兼容的控制邏輯的 CMOS 組件，其轉(zhuǎn)換方法為逐次逼近型。 ADC0809 的 IN0 和變送器輸出端相連，故 I 輸入的 0～ +5V 范圍的模擬電壓經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后可有單片機(jī)通過程序從 P0 口輸入到它的內(nèi)部 RAM 單元中。當(dāng) 和 RD 均為低電平，經(jīng)或非門使 DE 出現(xiàn)高電平，這 時(shí)可以從 A/D 轉(zhuǎn)換器讀取數(shù)據(jù)。 8031 對(duì)溫度的控制是通過雙向可控硅 [8]實(shí)現(xiàn)的。在給定周期 T內(nèi)， 8031 只要改變可控硅管的接通時(shí)間即可改變加熱絲的功率，以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。該觸發(fā)脈沖由 8031 用軟件在 引腳上產(chǎn)生，經(jīng)過零同步脈沖同步后再經(jīng)光耦和驅(qū)動(dòng)器輸出送到可控硅管的門極上。為了達(dá)到過零觸發(fā)的目的，需要交流電過零檢測(cè)電路，此電路輸出對(duì)應(yīng) 50Hz 交流電壓過零時(shí)刻的脈沖，作為觸發(fā)雙向可控硅的同步脈沖，使可控硅在交流電壓過零時(shí)導(dǎo)通。 8031 對(duì)溫度的控制沒有采用 D/A 輸出 的直接方式，而是采用控制雙向晶閘管的間接控制方式。 過零脈沖信號(hào)是由過零脈沖信號(hào)發(fā)生器得到的。方波的正跳沿和負(fù)跳沿分別作為兩個(gè)單穩(wěn)觸發(fā)器的觸發(fā)信號(hào)，單穩(wěn)觸發(fā)器輸出的窄脈沖經(jīng)二極管或門混合，就得到對(duì)應(yīng)于 220V 市電過零時(shí)刻的同步脈沖。 圖 6 電阻爐溫度控制 電路 鍵盤顯示接口： 8031 的串行口既可作為通信用，也可以用于擴(kuò)展鍵盤、顯示器接口 [10]，串行口采用靜態(tài)顯示方式。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，除了需要顯示單個(gè)狀態(tài)之外，往往還需要顯示一些數(shù)值 [12]。目前常用的數(shù)碼管是八段的，八段 LED 數(shù)碼管有共陰極和共陽極之分。動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法使用硬件少，但顯示過程需要用軟件來維持，一旦顯示 子程序不再執(zhí)行，顯示內(nèi)容亦立即消失，因此，其應(yīng)用受到一定的限制。兩種方法都可使用并行口或串行口控制 [13]。這樣可以充分利用串行口，而將并行口用到最需要的地方去；同時(shí)軟件程序不需要對(duì) LED 顯示器進(jìn)行掃描，這樣8031 有更多的時(shí)間處理其他事情。串行口靜態(tài) 驅(qū)動(dòng)方式的 LED 顯示電路原理如圖 7所示。 當(dāng)用串行口擴(kuò)展鍵盤、顯示器接口時(shí)，通過采用串行輸入 /并行輸出移位寄存器 74LS164擴(kuò)展并行輸出口，每連接一片 74LS164可擴(kuò)展一個(gè) 8位并行輸出口，用于連接一個(gè) LED 段選口作靜態(tài)顯示或作鍵盤中的 8根列線使用。鍵盤中，每擴(kuò)展一根行線，可增加 8個(gè)按鍵 ，圖中 通過“與”門控制 74LS164 的 CK 端， 通過“與”門控制 74LS164 的 CLR 端， 用于判斷鍵值信號(hào)。串行數(shù)據(jù)由 TXD 端輸入或輸出。 REN=0，禁止接收； REN=1，允許接收，當(dāng)軟件置 REN 為“ 1”時(shí)，即開始從 TXD 端輸入數(shù)據(jù)，當(dāng)接收到 8位數(shù)據(jù)時(shí)，置中斷標(biāo)志 R1 為“ 1”。報(bào)警時(shí)報(bào)警燈亮，電笛響，同時(shí)發(fā)送中斷信號(hào)至 CPU 進(jìn)行處理。 （如圖 9 所示） 圖 7 串行口擴(kuò)展的鍵盤、顯示器接口電路 圖 8 報(bào)警電路圖 圖 9 溫度控制系統(tǒng)原理圖 通常，電阻爐爐溫控制都采用偏差控制法 [14]。在工業(yè)上，偏差控 制又稱 PID控制，這是工業(yè)控制過程中應(yīng)用最廣泛的一種控制形式， 目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、
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