基于51单片机的温度控制系统设计

基于51单片机的温度控制系统设计

摘要:本文主要对单片机温度控制系统的硬件电路设计、总体机构、工作原理、键盘显示等硬件电路、单片机及扩展几口电路A/D 转换和D/A转换电路作了详细的说明和论述。

关键词:单片机温度控制系统设计

本文对单片机的温度控制系统进行论述的时候,主要是从具体的四个组成部分进行:第一是输入部分；第二是输出部分；第三是按键部分；第四是显示部分。温度控制系统通过ADC0809 进行A/D转换的形式对温度传感器的实际温度进行检测,同时将检测送到单片机中,如果检测到的值同设定值在比较的时候出现了偏差,会对偏差值进行修正,得到的控制值对电机转速进行控制,实现温度的控制。

1 单片机温度控制系统的设计方案

单片机的温度控制系统有以下几个部分组成:温度变速器,热电偶传感器,单片机控制器,可控硅输出部分以及被控对象。炉温信号T借助于温度的检测和变送,形成相应的信号,同时将生成的信号同具体值进行充分的比较,对相应的温差进行计算,同时依据智能控制算法,对数据处理得到相应的控制量u。而可控硅输出部分,则是根据输出的功率,让可控硅管的接通时间上有所改变,并使加热炉的输出温度达到标准。

2 硬件电路的设计

2.1 传感器选择

本次设计是对炉温进行测量,具体的温度范围是0～800度,这个测试温度的范围是比较大的。因此,不需要对热敏电阻温度和集成温度传感器做考虑,对电热电偶则是适宜的,就可以考虑使用(镍铬—铜镍,测量范围:0～900;误差:+/-0.75%的WRE型热电偶。并且有着较高的精度,能够同精度要求相符合,同时价格也是比较便宜的。

2.2 关于放大电路的相应设计

设计的时候对具体的电压进行了设定,设计的具体值范围0～30 mV之间,在对信号进行处理时,ADC0809系统的要求为0～5 V之间的标准型号,因此,在设计过程中要放大热电偶的输出电压,就要用做好的放大器,可以选择OP07,而这种放大器可以很好的对温漂进行控制。在设计中要让ADC0809的输入通道的电压控制在0-5伏之间,能够对ADC0809的电压要求进行充分的满足。将图中的电压调整到0～5伏之间。通过这种方式来达到相应的标准信号要求。

2.3 A/D 转换电路设计

通常情况下使用的是八位、十二位、十六位等模数转换器。其中,ADC0809是最常用的是八位模数转换器;AD574是最常用的十二位模数转换器。本设计主要是对0～800度,对转换精度控制在4度情

况下的电路。具体的转换公式是Y=(Amax-Amin)/2。在这个公式中,Amax代表的是测量范围中的最大值,而Amin代表的是测量范围中的最小值。因此,可以将相应的数值加入公式中进行计算。比如n是8的时候,而Y是3的时候,就可以满足相应模数转换器的要求。最常用的模数转换器是ADC0809,这个转换器的特点是价格比较便宜,性能较好,同时有八个通道,并且可以对同一个参数进行测定,也可以对不同的参数进行测定。本次设计中是通过多通道采集的方式来获取温度信号,这样可以对系统的各个要求进行充分的满足。因此,本次设计中的模数转换所用的器件选择用ADC0809。

2.4 人机交互的设计

人机界面主要是通过人与机器进行充分的结合,从而对功能的选择、控制参数以及执行进行设定,同时对温度的显示等功能进行较好的控制。在单片机的应用系统中,人机交互是属于外部设备构成系统。这个设计是通过应用系统同相应的操作人员进行相互的活动,通过这种形式让系统同外界进行相应的联系。如果需要一个较为安全的应用系统,应该拥有较为灵活和方便的交互功能。这个系统不但能够将系统运行的状态较好地展示出来,同时又可以进行恰当的人工干预。

2.5 显示接口的设计

在单片微机系统中,常用的显示器有:数码管显示器,简称LED;液晶显示器,简称LCD。

LED显示器有静态显示和动态显示两种方式。在本次设计中,由前面所叙述,键盘等要占用很多接口,而动态显示能够节省很多接口,这恰好能满足本次设计的需要,所以选择用动态显示的方式。

2.6 温度控制电路设计

对电炉进行控制的时候是依据输出达到的,电炉在建立的时候可以借助于一种相应的数学模型。可控硅可以认为是线形环节实现对炉温的控制。假如单片机进行电平输出的时候,具体值是0的时候,就能够将光耦元件准确导通,通过这种方式让三极管形成相应的偏置,从而进行较好的导通。当电压经过集电极电阻之后,或者经过发射极的反向偏置时候,在双向可控硅控制端的电压在7 V左右。这样就导通了可控硅,形成了相应的交流通路,让电阻炉进行正常的工作。相反,假如单片机的输出电压是0,光耦元件是不能够导通的,让不能形成相应的偏置,让可控硅控制端的电压降低,最低到零,借助于可控硅进行截止,让交流通路截断,从而让电炉工作停止。另外,在设计中还有越限报警,假如温度低于下限的时候,二极管就发亮,假如温度比上限高的时候,蜂鸣器就会鸣叫。

3 总结与展望

3.1 总结

在工业生产中,温度控制有着非常好的促进作用。本文主要是针对炉温的控制系统,对单片机这一核心构成系统提出了相应的控制方

案。设计的温度控制系统是基于AT89C51进行的。从而构成了整个系统的硬件和软件的设计,借助于仿真软件对相应的系统进行仿真调试,以及对电路板进行仿真调试。这个系统主要是对显示温度、设置温度以及其他功能进行了设定。设计的方面主要内容如下: 在研究过程中首先系统针对的是国内外炉温控制的研究方法和现状,针对单片机作为核心的温度控制系统形成的具体研究方案。

对控制系统的具体要求进行设定,将单片机中温度控制系统的硬件电路进行了系统的控制,同时对相应的工作原理进行了详细的说明。

进行编写的时候使用的是汇编语言,效率高,实时性好,系统控制程序采用了模块化设计结构。在不同子程序上调试,达到了相应的效果。本系统在设计的时候考虑到很多方面的情况,在硬件电路中有较多的资源可以进行利用。

3.2 展望

通过这次设计,对本课题的研究情况进行了相应的展望,具体如下:

用VB对通信进行串行,同时与上位机进行连接,设定相应的温度曲线,让人准确看出温度的变化情况。

远程控制,通过远程遥控对现场情况进行充分的了解,同时将一些