基于单片机的温度控制系统设计
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C56AGY#加 热 功 率 也 不 低# 经 试 验 测 定 可 达 7JG6A 9" 对 于 >WH 管 )R0不 超 出 ^7D! \7DM 的 要 求# 我 们 将 常 规 的 >WH 管 接 到 电 源 的 正 极# 由占空比 可调的 "9> 波控 制 >WH 的 开关# 在 电 路设计中进行了一定 的 创 新# 将 >WH 管 经 过 电 感 电容分压 之 后 接 到 >WH 管 的 漏 极" >WH 管 的 源 极接地#门级接驱动输出"经过理论分析与实验验 证最终采用了该方案"
)G* 杨帮 文c 新 型 实 用 电 源 电 路 集 锦 )>*c 北 京& 机 械 工 业 出 版 社 #5CCCc
)J* 何希 才c 新 型 开 关 电 源 设 计 与 维 修 )>*c 北 京& 国 防 工 业 出 版 社 #7DD5c
)=* 景占 荣c 信 号 检 测 与 估 计 )>*c 北 京& 化 学 工 业 出 版 社 #7DDJc
温度传感器检测的信号经放大后采用单片机进 行采样控制"为了保证单片机的安全#检测输出部 分设计了一个对单片机的保护环节"
). 单片机系统设计 单片机采用格州电子5A 位 iEG 系列 O<L55AA 芯片#主板!扩展板分离设计#通过并口连接#使 用灵活方便"主板上集成了数码管!发光二极管! J]J 键 盘 模 块!S7"FW> 及 独 立 的 蜂 鸣 器 等 电 路#每一 个 管 脚 都 有 插 针 引 出# 方 便 扩 展 其 他 功 能 " 副 板 提 供 了 5AD7 液 晶 模 组 !FH7G7 通 信 模 块 ! FHJ<=模块!PN$NP! 红 外 发 射 接 受 模 块 和 温 度 检测模块#资源丰富可以实现各种功能的集成" 单 片 机 由 P$N 采 样 检 测 装 置 输 入# 并 进 行 "!N 处理#再通 过 N$P 输 出 电 压 信 号 给 电 源 装 置 的 #IJCJ#达到控制输出电压的效果" 4. 电源电路设计 采用直流降压电路"直流降压电路与升压电路 相比主要缺点在于电路的功率不可能像升压电路一 样大#可是降压也有它的优点"首先就电压来说# 输出电压 在 GA M 以 下# 属 于 人 体 安 全 电 压 范 围# 不易发生安全事故%同时由于在电路设计的过程中 最 大 地 考 虑 了 效 率 的 问 题# 带 负 载 效 率 可 达
要的环节!温度检测直接影响着系统的精 度!所以设计精密的温度检测电路是十分 重要的"
%5& 检测元件的比较和选用 5& 采用热 敏 电 阻" 热 敏 电 阻 体 积 小! 价格便 宜! 易 于 通 过 接 触 测 试 固 体 温 度" 但是对 于 测 量 液 体 温 度 表 现 不 佳" 再 者! 热敏电阻 特 性 的 非 线 性 %或 者 说 近 似 的 分 段线性&给 单 片 机 的 多 点 恒 温 带 来 麻 烦! 要通过大量测试建立温度$电压 %#$M& 表 格!才能实现" 7& 采用 PN=CD"PN=CD具有 精 度 高# 价格低#不需 辅 助 电 源#线 性 好 等 特 点" 在以往的实验中!用起来也颇为方便!但 是 PN=CD输出的是微安级的电流!接 触 水 会显著 地 使 输 出 非 正 常! 测 量 便 不 准 确" 用绝缘胶布包住导线!但是随着水温的升 高!会不可避免的产生湿气且造成影响" G& 采用 "#5DDD" 电 阻 温 度 系 数 分 散 性小!其精度高#线性好和灵敏度比较高" J& 采 用 NH5<37D" 格 州 单 片 机 面 板 上集 成 有 NH5<37D! 各 项 性 能 都 表 现 良 好!但是不易直接用其测水温" 通过 上 述 比 较! 选 用 "#5DDD 传 感 器 检测 温 度""#5DDD 的 精 度 比 较 高! 对 于 温度传感器要使测得的数据精确必须要有 一个 很 高 精 度 的 恒 流 源" 传 感 器 "#5DDD 的检测信号输出很低!所以要对检测信号 进行精密的放大也是比不可少的环节" %7& 温度检测电路设计
硬件电路的设计
俞 欣 滢／本 科
电热水器的恒温控制系统硬件电路 由温度检测#单 片 机 "!N 运 算 和 输 出 电 源三个模块组成"系统总体结构框图如 图5所示"
关 键 词!!"#$%&’( 温度控制"
单片机" "!= 算法"
电源"
图 -" 系 统 总 体 结 构 框 图
检测模块作为闭环的反馈实时检测
! 电气控制 -.$/)%’/0",)%".
基于单片机的温度控制系统设计
wk.baidu.com
""介绍以格州电 子 的 ?+ 位 单 片 机 @&A 系 列 BC1??++ 芯 片为核心部件#实现电热水器的恒温控制$设计了温度检 测部分%单片机 "!= 运算部分 及 电 源 部 分 的 硬 件 电 路 和 软 件实现方法$该系统具有性能稳定%成本较低和安全系数 较高的优点$
)**+ 年 -* 月 下 ! 冶 金 电 气 !
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7! 分段 "!N"在 传 统 "!N 的 基 础 上 有 效 克 服 积分饱和问题#解决系统运行一段时间后会突然急 剧升温的问题"也能按每部分加热要求的不同而灵 活调整达到较好的调温效果"
G!"geea "!N" 根 据 模 糊 控 制 理 论 # 把 ($’! 和 %(%%<#即 ($’!^($’^5!分 别 分 成 = 段 和 G 段#再排列5=种情 况# 加 以 给 定 不 同 的 "!N 参 数 $有一 套 基 准 "!N 参 数!" 根 据 理 论# 这 种 方 法 效 果应当较好#但是需要巨量的试验数据和经验作为 依据#对于我们来说显得要求过高#操作性相对分 段 "!N 来说有所降低"
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! 冶 金 电 气 !)**+ 年 第 ), 卷 第 )* 期
图 5" 算 法 子 程 序 流 程 图
参考文献
)5* 潘 永 湘# 杨 延 西# 赵 跃c 过 程 控 制 与 自 动 化 仪 表 )>*c 北 京 & 机 械 工 业 出 版 社 #7DDOc
)7* 陶永华# 等c 新 型 "!N 控 制 及 其 应 用 )>*c 北 京& 机 械 工 业 出 版 社 #5CC<c
电源电路利用 #IJCJ生成 3&’8大功率稳压电 路的 控 制 信 号##IJCJ 产 生 一 个 占 空 比 可 控 的 "9> 波作为 最 终 驱 动 X>WH 的 原 始 信 号" 中 间 使用了光耦 AX5GO 实 现 弱 电 控 制 到 高 电 压 功 率 输 出的 电 气 隔 离" 由 于 #IJCJ 的 输 出 信 号 是 一 个 较 小的信号#不能直接用作功率电路的驱动#因此在 光耦电路 中 必 须 对 原 信 号 进 行 放 大# 以 此 来 满 足 X>WH 所 需 的 电 平 要 求 "
俞 欣 滢 " 曾 志 强 " 孙 仪 彬／上 海 大 学 机 电 工 程 及 其 自 动 化 学 院
""温度测控在工业领域具有广泛的应 用!随着传感器技术和单片机技术等不 断发展!为智能温度测控系统精度的提 高和稳定性改善等提供了条件"本文介 绍了一种基于单片机的温度闭环控制装 置!通过 对 机 内 数 字 "!N 参 数 的 设 置! 达到对不同受控对象的不同温度要求进 行高精度控制"
水温!并经 P$N 转换把信号传送给单片 机!再通过单片机把处理后的控制信号
通 过 N$P 转 换 传 送 给 电 源 模 块 的 #IJCJ!#IJCJ控 制 电 压 与 锯 齿 波 比 较 输出一 个 占 空 比 可 控 的 "9> 波 形! 进 而对加热器的开关进行控制!以达到输
出可控的效果" -. 温度检测电路的设计 温度检测在整个系统中是一个非常重
通过比较 选 用 分 段 "!N 算 法" 模 拟 系 统 结 构 图如图G所示"
图 4" 系 统 结 构 图
$7!"!N 控制算法子程序 "!N 控制算法子程序流程图如图J所示"
结束语
本设计是基于格州学习板 iEG系列<L55AA芯 片开发 而 来# 通 过 三 个 模 块& 检 测 模 块’ 单 片 机 "!N 模 块 和 电 源 模 块 来 实 现 恒 温 控 制" 采 用 "#5DDD温度传感 器 进 行 温 度 检 测# 精 度 高’ 线 性 好且灵 敏 度 高# 在 液 体 中 的 表 现 非 常 稳 定( 采 用 "!N 控制算法实现恒温控制#使系统 精 度高# 准确 度和稳定度都令人满意"
信号的放大环节也十分重要#它的精度要求很 高#而且也要求能够有很高的放大倍数#采用的运 算 放 大 器 是 高 精 度! 低 功 耗 的 仪 器 放 大 器 !XP57<"!XP57<的 放 大 倍 数 很 高# 可 以 放 大 很 微弱的信号"这里将温度传感器检测的电压信号放 大 了 5DD 倍 "
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" 冶 金 电 气 ")**+ 年 第 ), 卷 第 )* 期
基于单片机的温度控制系统设计
! -.$/)%’/0",)%". 电气控制
""温度检测电路由恒流源!信号放大和检测输出 部分组成"
恒流源采 用 的 是 运 算 放 大 器 I>G7J" 在 运 算 放大器的 输 出 端 接 了 一 个 电 阻 可 以 确 定 电 流 的 大 小"要使输出的电流是高精度的#在运算放大器的 输 入 端 就 必 须 有 一 个 稳 定 的 电 压# 因 此 采 用 #IJG5产生 一 个 稳 定 的 电 压 作 为 输 入# 这 样 保 证 输出的稳定"为了提高精度#在电路中增加了两个 电压跟随器及几个兆欧级的电阻#使恒流源的精度 可以达到微安级"这样就能为温度传感器的检测提 供一个稳定的环境#为提高检测精度提供了保证"
软件系统的设计
-. 主程序 主程序流程图如图7所示"
图 )" 主 程 序 流 程 图
).BE@ 控制算法子程序 &5’"!N 算法的比较和选用 5’ 采用传统 "!N" 位 置 式 和 增 量 式 算 法# 其 特点是结构简单#实现相对容易#缺点是有超调和 温度上升不够快"
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C56AGY#加 热 功 率 也 不 低# 经 试 验 测 定 可 达 7JG6A 9" 对 于 >WH 管 )R0不 超 出 ^7D! \7DM 的 要 求# 我 们 将 常 规 的 >WH 管 接 到 电 源 的 正 极# 由占空比 可调的 "9> 波控 制 >WH 的 开关# 在 电 路设计中进行了一定 的 创 新# 将 >WH 管 经 过 电 感 电容分压 之 后 接 到 >WH 管 的 漏 极" >WH 管 的 源 极接地#门级接驱动输出"经过理论分析与实验验 证最终采用了该方案"
)G* 杨帮 文c 新 型 实 用 电 源 电 路 集 锦 )>*c 北 京& 机 械 工 业 出 版 社 #5CCCc
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温度传感器检测的信号经放大后采用单片机进 行采样控制"为了保证单片机的安全#检测输出部 分设计了一个对单片机的保护环节"
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硬件电路的设计
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电热水器的恒温控制系统硬件电路 由温度检测#单 片 机 "!N 运 算 和 输 出 电 源三个模块组成"系统总体结构框图如 图5所示"
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电源电路利用 #IJCJ生成 3&’8大功率稳压电 路的 控 制 信 号##IJCJ 产 生 一 个 占 空 比 可 控 的 "9> 波作为 最 终 驱 动 X>WH 的 原 始 信 号" 中 间 使用了光耦 AX5GO 实 现 弱 电 控 制 到 高 电 压 功 率 输 出的 电 气 隔 离" 由 于 #IJCJ 的 输 出 信 号 是 一 个 较 小的信号#不能直接用作功率电路的驱动#因此在 光耦电路 中 必 须 对 原 信 号 进 行 放 大# 以 此 来 满 足 X>WH 所 需 的 电 平 要 求 "
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水温!并经 P$N 转换把信号传送给单片 机!再通过单片机把处理后的控制信号
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通过比较 选 用 分 段 "!N 算 法" 模 拟 系 统 结 构 图如图G所示"
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本设计是基于格州学习板 iEG系列<L55AA芯 片开发 而 来# 通 过 三 个 模 块& 检 测 模 块’ 单 片 机 "!N 模 块 和 电 源 模 块 来 实 现 恒 温 控 制" 采 用 "#5DDD温度传感 器 进 行 温 度 检 测# 精 度 高’ 线 性 好且灵 敏 度 高# 在 液 体 中 的 表 现 非 常 稳 定( 采 用 "!N 控制算法实现恒温控制#使系统 精 度高# 准确 度和稳定度都令人满意"
信号的放大环节也十分重要#它的精度要求很 高#而且也要求能够有很高的放大倍数#采用的运 算 放 大 器 是 高 精 度! 低 功 耗 的 仪 器 放 大 器 !XP57<"!XP57<的 放 大 倍 数 很 高# 可 以 放 大 很 微弱的信号"这里将温度传感器检测的电压信号放 大 了 5DD 倍 "
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恒流源采 用 的 是 运 算 放 大 器 I>G7J" 在 运 算 放大器的 输 出 端 接 了 一 个 电 阻 可 以 确 定 电 流 的 大 小"要使输出的电流是高精度的#在运算放大器的 输 入 端 就 必 须 有 一 个 稳 定 的 电 压# 因 此 采 用 #IJG5产生 一 个 稳 定 的 电 压 作 为 输 入# 这 样 保 证 输出的稳定"为了提高精度#在电路中增加了两个 电压跟随器及几个兆欧级的电阻#使恒流源的精度 可以达到微安级"这样就能为温度传感器的检测提 供一个稳定的环境#为提高检测精度提供了保证"
软件系统的设计
-. 主程序 主程序流程图如图7所示"
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