基于铂电阻的单片机温度控制系统

图 4 铂电阻测温调理电路 2.3A/D 接口电路 当铂电阻传感器置于所要检 测温度的环境时，调理电路将根据 阻值输出相应的电压值。将输出电 压经通过 ＡＤＣ０８０８ 进行模数转换 为等价的数字信号。Ａ／Ｄ 转换接口 电路如图 ５ 所示。
图 5 AID 转换接口电路 2.4 键盘输入电路 在本系统中，采用独立式键 盘。从键盘输入温度设定值与铂电 阻传感器所检测的实际温度值进 行比较，求出系统的误差与误差变 化率，供以后的模糊控制子程序使 用。其中第 １、２ 号键选用双稳态开 关，为后续键盘处理子程序的分支 子程序提供便利。第 ３、４ 号键选用 按钮开关。在编写键盘程序时得注 意以下几个问题： （１）怎样能够尽量减少开关的 使用寿命，以便提高其使用时间。 （２） 怎样更快更方便地给出设 定值，以便与实际值进行快速比较。 （３）怎样方便总体程序整体运行。 为此，采用 ４ 个键来搭建键盘 电路，如图 ６ 所示。
设计[J].中国造纸, 1992, 3: 006.
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交流
河北
农 机ＨＥＢＥＩＮＯＮＧＪＩ
此装置的核心部分是模糊控 制 器 （ 图 中 虚 线 部 分 ），模 糊 控 制 器 的输入变量和输出变量的确定：通 常将模糊控制器输入变量的个数 称为模糊控制器的维数。一般认为 维数越高得到的效果越好，但是实 现起来就越不容易，会遇到各种各 样问题。现在常见的是二维模糊控 制器，结构图如图 ３ 所示。这种控 制器以误差和变化率为输入变量， 以控制量的变化为输出变量。
图 6 键盘输入电路
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转入控制处理子程序运行由 第一个键来判断。在第一个键按下 的前提下第二个键才开始起作用， 用第二个键来判断是十位进行加 减操作，还是个位进行加减操作。 第三个键为减 １ 操作，第四个键为 加 １ 操作。为了进一步解决上面提 出的两个问题，将个位与十位的设 定值均设置为 ５，如果加 １ 操作结 果等于 １１，给加 １ 单元重赋 ５，如 果减 １ 操作结果等于 ０ＦＦＨ，给减 １ 单元重赋 ５。这样，考虑最坏情况， 即用键盘设置离初始值最远的值； 第一个键和第二个键的加入，也充 分考虑了总程序的整体调度。
DOI:10.15989/ki.hbnjzzs.2015.01.041
基于铂电阻的单片机温度控制系统
山西中北大学机电工程学院 牟春阳 李世中
引言 随着单片机技术的飞速发展， 通过单片机对被控对象进行控制 日益成为今后自动控制领域的一 个重要发展方向，电流、电压、温 度、压力、流量、流速和开关量都是 常用的主要被控参数。温度控制是 控制系统中最为常见的控制类型 之一。在温度控制系统中温度传感 器的使用也是相当重要的，铂电阻 温度传感技术为温度传感领域的 发展带来了新的契机。它利用白金 的电阻阻值在一定的温度范围内 随温度呈基本线性变化的原理进 行温度的测量，可用于测量 －２００℃到 ８００℃范围内的温度，具 有 稳 定 性 好 、测 量 范 围 宽 、精 确 度 高、重复性好等诸多技术优势。由 于它的良好电输出特性，铂电阻元 件可为显示仪、记录仪、控制器、扫 描器、数据记录仪以及计算机提供 精确的输入值。用微型瓷骨架绕上 铂电阻丝而制成的感温元件，可以 做得相当小（最小的外地人径可做 到 φ１．６ｍｍ），因此可制成各种微 型温度传感器探头，也可以制成各 种端面铂电阻，用以测量各种固体
图 2 模糊控制基本原理图
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参考文献：
2: 015.
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2.5 显示电路 显示电路采用两个 ４ 位 ＬＥＤ 显示数码管，共阴极接法，Ｐ１ 接口 最多可连接 ８ 个 ＬＥＤ 显示器。为了 提高其显示亮度，通常加 ７４ＬＳ０５ 进行段控输出驱动，与七段数码管 的段码驱动输入端相连，由于位控 线的驱动电流比较大，八段全亮需 要 ４０～６０ｍＡ，所以用三极管 ９０１２ 提高驱动能力，其集电极接七段数 码管的位码驱动输入端，三极管的 发射极接地，将 ＡＴ８９Ｃ５２ 的 Ｐ３．０、 Ｐ３．１、Ｐ３．２ 口 分 别 与 一 个 ２ＫΩ 的 电阻相连，接到三极管的基极，用 于 驱 动 采 样 值 显 示 数 码 管 ，将 ＡＴ８９Ｃ５２ 的 Ｐ２．０、Ｐ２．１ 和 Ｐ２．２ 口分 别与一个 ２ＫΩ 的电阻相连，接到 三极管的基极，用于驱动设定值显 示数码管。 2.6 温度控制电路 本文是单片机通过利用 ＰＷＭ 波来控制加热的温控电路，其电 路图如图 ７ 所示，由两级三极管 放大电路组成，第一级放大采 ９０１４ 三 极 管 ， 其 放 大 倍 数 可 达 １０００ 以上，而第二级采用大功率 的达 林顿管 ＴＩＰ１２２，当 Ｐ３．４ 输 出 低 电 平 时 ，三 极 管 导 通 ，控 制 加 热 片进行加热。
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表面的温度，如配以不锈钢保护管 则可测量液体，蒸汽和各种气体的 温度。
从 １７ 世纪初人们就开始利用 温度进行测量。２０ 世纪初期，铂电 阻温度传感技术研制成功。２０ 世纪 ９０ 年代中期，随着薄膜技术的引 入，世界上的温度传感器主流生产 厂家开发出了薄膜铂电阻产品。
１ 电路设计的整体思路 本设计使用 ＡＴ８９Ｃ５２ 单片机 作为主控芯片，采用铂热电阻进行 温度系统调节。硬件电路部分包括 微处理器模块、温度控制模块、Ａ／Ｄ 转换模块及显示模块和键盘部分， 在温度测量系统中，用铂电阻传感 器进行温度测量。铂电阻具有非线 性的缺点，因此在信号调理电路的 基础上加了负反馈非线性校正网 络。调理电路的输出电压经 ＡＤＣ０８０８ 转 换 后 送 入 单 片 机 ＡＴ８９Ｃ５２；对采样数据进行滤波及 标度变换处理后，由数码管显示。４ 位输入的设定值则由独立式键盘 电路进行调整，设定值送入单片机 后由另一组数码管显示。整体电路 框图如图 １ 所示。
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图 1 整体电路框图 ２ 硬件电路设计 2.1 模糊控制 温度控制系统具有非线性、时 滞性的缺点。仅仅依靠过去的控制 方式很难达到很好的控制效果，成 本也较高。因此采用智能控制中的 模糊控制可以有效解决温度控制 系统的这些问题。本系统的模糊控 制也是由单片机的程序来实现。模 糊控制的整个过程为：首先由铂电 阻传感器获取实际温度，然后用实 际温度与需要的温度进行比较，求 出误差和变化率，记过量化和限幅 子程序的处理，查询相关文献得到 控制量，然后由相关程序发出控制 信号来控制加热片及风扇工作。模 糊控制基本原理图如图 ２ 所示：
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图 3 二维模糊控制器结构图 2.2 铂电阻测温调理电路 本系统采用恒流工作调理电
路，铂电阻选用标称值为 １００Ω 的 Ｒｔ１００ 作为温度传感器，其性能稳 定，能够在低至零下约 ２６０ 摄氏度 至 ６３０ 摄氏度的温度内运行，可作 为温度标准，温度范围比较广。此 电路运放采用型号为 ＯＰ０７Ｃ 的低 漂移运放，由于在电路中铂电阻上 有电流流过，当铂电阻处于环境温 度为 ０ 摄氏度时，此电阻上有压 降，这就是铂电阻的片偏置电压， 是运放 Ａ１ 输出电压的一部分，这 一部分电压使恒流工作调理电路 的输出实际温度不为 ０，所以需要 通过各种途径对这个电压调零。图 中电阻 Ｒ３ 作用就是调零，由于铂 电阻有非线性的缺点，在 ０Ω 到 １００Ω 内非线性误差为 ０．４％，这个 误差不是很大，对电路不会有多大 的影响，但是由于在软件编制过程 中，对标度变换子程序中变换系数 作了近似，使得这个误差扩大接近 ０．８％，这样的误差对电路的影响很 大 ，不 能 被 忽 略 ，所 以 加 进 了 线 性 化电路，图中运放 Ａ３ 及电阻 Ｒ１、 Ｒ４ 和 Ｒ６ 一同构成了负反馈非线 性校正网络。Ｒ５ 用于调整运放 Ａ２ 的增益。