多路温度测控系统的设计

ｓｉｇｎ ａｃｃＯｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｎｅｅｄ，ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ，ａｄｏｐｔｓ
ａｎｔｉ．ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｂｅｔｔｅｒ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｉｓ ｓｙＳｔｅｍ ｈａｓ ｓｉｍｐｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｈａｒｄｗａｒｅ，ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｃｏｎｔｒ０１ ａｎｄ ｅ— ｎｏｕｇｈ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ．Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｆｉｅｌｄ ｄｅ啊ｃｅ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｍｅａＳｕｒｅ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｉｔ ｃａｎ ａｌｓｏ ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｍｕｌｔｉ—ｃｈａｎｎｅｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｕｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｓｙＳｔｅｍ ｗｈｉｃｈ ｎｅｅｄＳ ｓｍａｌｌ ｖｏｌｕｍｅ ａｎｄ ｂｅｔｔｅｒ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｍｅａ—
摘要：目的利用单片机技术设计多路温度测控系统，实现多路温度的测量和控制．方法系统以单片机 ＡＴ８９Ｃ５２为核心。利用多路转换器和新型数字器件ＭＡＸ６６７５构成８路Ｋ型热电偶温度测量电路，利用Ｄ／
Ａ转换器ＡＤ７５２８和驱动电路构成输出电路，实现８路一一对应的闭环温度测量控制．系统软件采用ＰＩＤ 控制器．结果实践证明，可根据需要增减系统温度信号采样通道的数目，使用软件抗干扰措施，提高了采样 数据的可靠性．简化了输入输出硬件结构，使系统具有低成本高速度和较好的测量控制精度．结论多路温 度测控系统作为整机适用于现场测量控制应用，也可作为多路温度控制模块应用在体积小、温度测量精度 要求较高的大型系统中．
［６］ 何立民．单片机应用技术选编（３）［Ｍ］．北京：北京航
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［７］
Ｋｏｌｅｎ Ｐ Ｔ．Ｓｅｌｆ－Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ／Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆ６ｒ Ｍｉｃｒｏ∞ｎｔｒｏＵｅｒ－Ｂａｓｅｄ ＳｅｎＳｏｒ ｐ汀ｒａｙｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ—
ａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎ５ｔｍｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ＴⅥｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，１９９４。４３
参考文献：
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２．Ｓｈｅｎｙａｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｏｆ ｍｕｌｔｉ＿ｃｈａｎｎｅｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｍｕｌｔｉ—ｃｈａｎｎｅｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ—ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ａｎｄ
ｃｏｎｔｒｏｌＩｉｎｇ ｓｙＳｔｅｍ ｗａＳ ｄｅＳｉｇｎｅｄ ｂｙ ｓｉｎｇｌｅ—ｃｈｉｐ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｙＳｔｅｍ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ∞ｍｐｌｅｔｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅ ｃｌｏｓｅｄ—ｃｉｒｃｌｅ
● 采样数据
＋ ＰＩＤ算法程序
＋
输出到数模转换器４Ｂ
图５软件程序流程图
３结论
多路温度测控系统以ＡＴ８９Ｃ５２单片机为核心， 采用新型数字器件ＭＡｘ６６７５作为温度测量电路， 以数模转换器ＡＤ７５２８作为输出电路．实际调试结 果证明系统各项技术指标均达到工业生产的要求． 系统测温电路与单片机直接接口，采样数据可靠性 高［１ ３Ｊ，选用双通道数模转换器，硬件电路结构简单， 体积小，整机低成本高速度，具有较好的测量控制精 ，薛工［１４］
ｐｕｔ。ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｍａｄｅ ｕｐ ｏｆ Ｄ／Ａ，ＡＤ７５２８，ａｎｄ出ｉｖｅｒ—ｃｉｒｃｕｉｔ．Ｔｈｅ ＳＯｆｔｗａｒｅ ｉｓ ｍａｄｅ ｕｐ ｏｆ ＰＩＤ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ
ｔ锄ｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｒ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ａｃｃｅｓＳ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ
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万方数据
第３期
孙立红等：多路温度测控系统的设计
２６７
Ｄｅｓｉｇｎ Ｏｆ Ｍｕｌｔｉ—ｃｈａｎｎｅｌ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－ｍｅａｓｕｒｉｎｇ‘ａｎｄ ＣＯｎｔｒＯｌｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ
ＳＵＮ Ｌｉ一＾ｏ＂ｇ １，ＤＵ丘挖一∞心９２ （１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ ａｎｄ Ｐｈ”ｉｃｓ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ，１１０１４２，Ｃｈｉｎａ； ＩｎＳｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ，１１００３６，Ｃｈｉｎａ）
８
路
热
热 电 偶 温
度
传
多 路 转 换
器
电 偶
数 字 转
换
盥
片 机
感
器
器
数模转换器１ 数模转换器４
８
路 驱
动 与 加 热
电 路
键盘显示
图１系统结构框图 Ｋ型热电偶测量电路选用ＭＡＸ６６７５【８Ｊ， ＭＡｘ６６７５是带有冷端温度补偿的Ｋ型热电偶数字 转换器，主要由热电偶模拟电势信号放大电路、冷端 温度补偿电路、Ａ／Ｄ转换电路以及数字控制电路等 组成．具有线性校正、热电偶断线检测等功能．热电 偶输出的ｍｖ信号经多路转换器输入给ＭＡｘ６６７５， 直接转换成数字信号送给单片机ＡＴ８９ｃ５２． ＭＡＸ６６７５数据输出为１２位分辨率．转换器测 温范围Ｏ～１ ０２３．７５℃，温度分辨率为±．０．２５℃，在 ０～７００℃范围内温度显示精度为８ ＬＳＢ．冷端补偿 范围为一２０～８５℃，工作电压３．０～５．５ Ｖ． Ａ／Ｄ转换电路将热电偶测量信号与温度补偿 电路的补偿信号相加后进行模拟量到数字量的转
１ 系统硬件设计与原理
１．１温度测量原理 多路温度测控系统的数据采集部分由多路转换
器和热电偶数字转换器构成［７Ｉ．系统设定测温范围 是０～１ ０００℃，传感器采用Ｋ型热电偶．Ｋ型热电 偶与８选１多路转换器ＣＤ４０５１连接，由单片机 ＡＴ８９ｃ５２给出地址选通代码输入到ＣＩ）４０５１的输
入端，８路温度采样信号经多路转换器分时选通输 入到热电偶数字转换器，从而选通不同的传感器实 现８路一～对应的闭环测量控制系统．见图１所示．
ｃｏｎｔｒ０１ ｏｆ ｅｉｇｈｔ ｃｈａｎｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｒｅｇａｒｄｉｎｇ ｓｉｎｇｌｅ，ｃｈｉｐ ＡＴ８９Ｃ５２ ａｓ ｔｈｅ∞ｒｅ，ｔｈｅ ｅｉｇｈｔ ｃｈａｎｎｅｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓａｍｐｌｅｓ ｏｆ ｔｙｐｅ—Ｋ
ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ ａｒｅ ｍａｄｅ ｕｐ ｏｆ ａｎａｌｏｇ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒＳ ａｎｄ（ｂｌｄ—Ｊｕｎｃｔｉｏｎ一（ｂｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｋ—ＴｈｅｍｏｃｏｕｐＩｅ—ｔ伊Ｄ培ｉｔａ王ＣｏｎＶｅｒｔｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｕｔ—
关键词：多路温度测控系统；Ｋ型热电偶；ＰＩＤ控制器；单片机
中图分类号：ＴＰ３６８．１
文献标识码：Ａ
Βιβλιοθήκη Baidu
文章编号：１６７１～２０２１（２００５）０３—０２６４一０４
在现代工业生产中温度的测量和控制是常见问 题．多路温度测控系统是解决多点温度测量与控制 问题不可缺少的设备．在以热电偶为测温传感器的 温度控制系统中，由于热电偶需要冷端补偿，其输出 的模拟电势信号需经放大及模数转换后送入单片机 处理，单片机输出的控制信号经数模转换对温度实 现有效控制，这样的多路温度测控系统的测量控制 电路构造复杂，系统调试麻烦．笔者以单片机 ＡＴ８９Ｃ５２为核心［１，２Ｊ，以Ｋ型热电偶为传感器，选 用ＭＡＸＩＭ公司生产的自带温度补偿的Ｋ型热电 偶数字转换器ＭＡＸ６６７５为测量电路，选用ＡＤ公 司生产的数／模（Ｄ／Ａ）转换器ＡＤ７５２８为输出电路， 设计了多路温度测控系统．温度传感器、数模转换器 等形成了８路一一对应的闭环测量控制系统，采用 软件抗干扰措施［３】，每一路采样信号经过数据处 理［４］后采用ＰＩＤ控制［５Ｊ，再经过驱动电路形成控制 信号．系统结构框图如图１所示【６ Ｊ．
开始
＋
Ａ髓９Ｃ５２初始化，
●
键盘和显示
ｌ一
●
选通第一路信号，ＭＡｘ６ ６７５初始化 ●
采样数据 ＋
ＰＩＤ算法程序
＋ 输出到数模转换器１Ａ
＋ 键盘和显示
＋
选通第二路信号，ＭＡｘ６ ６７５初始化Ｉ
＋ 采样数据
＋ ＰＩＤ算法程序
＋ 输出到数模转换器ｌＢ
士
善
键盘和显示 ●
选通第八路信号，Ｍｆ蛾６ ６７５初始化
２ ０ ０ ５年５月 第２１卷第３期
沈阳建筑大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｍａｌ ｏｆ Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｊｉａｊｌｚｈｕ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ ｓｃｉｅｎｃｅ）
Ｍａｙ ２００５ Ｖ０１．２１，Ｎｏ．３
多路温度测控系统的设计
孙立红１．杜劲松２ （１．沈阳化工学院数理系，辽宁沈阳１１０１４２；２．中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁沈阳１１００１６）
［Ｊ］．沈阳建筑工程学院学报（自然科学版），２００４，２０
（２）：１５８—１６０．
［１２］ ＲａｎｇａＳｗａｍｙ Ｔ Ｒ，Ｓｈａｎｍｕｇａｍ Ｊ，Ｍｏｈａｍｍｅｄ Ｋ Ｐ．
Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｆｕｚｚｙ Ｔｕｎｅｄ ＰＩＤ ＣｏｎｔｍＵｅｒ Ｆｏｒ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ
０ｆ Ｕｔｉｌｉｔｙ Ｂｏｌｌｅｒ［Ｊ］．Ｃ０ｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ，
·
采用多路转换器，使得系统可以很方便增加或 减少温度信号采样通道．多路温度测控系统包含必 要的人机接口键盘和显示部分［”，１６］，如果作为整机
使用，系统体积小，适用于现场测量控制应用．若不 选择人机接口键盘和显示部分，系统作为多路温度 测量控制模块可以应用在体积小，温度测量精度要 求较高的大型系统中．
Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，１９９４，４３（４）：６６１—６６４．
［２］ 卫晓娟，蒋赵远．基于』６ｍ９Ｃ５１的数据采集通信系统
设计［Ｊ］．工业控制计算机，２００４，（１２）：４３—４４．
［３］ 王立明．提高单片机仪器仪表抗干扰的综合措施［Ｊ］．
测控自动化，２００４，（５）：３８—３９．
［４］ 蔡菲娜，刘勤贤，朱根兴，等．数据融合方法在单传感
收稿日期：２００４一ｌＯ一１５ 基金项目：辽宁省自然科学基金项目（２００３２００９） 作者简介：孙立红（１９６４一），女，副教授，主要从事人工智能研究
万方数据
万方数据
２６６
沈阳建筑大学学报（自然科学版）
第２１卷
转换器，ＡＴ８９Ｃ５２接受一定量的数据之后通过数据 处理和ＰＩＤ控制算法后将数据通过数模转换器输 出控制信号．然后ＡＴ８９Ｃ５２再输出信号，选通第二 路温度采样信号，依次类推形成循环控制．软件程序 的流程如图５所示．
器系统中的应用［Ｊ］．数据采集与处理，２００５，（１）：
８８—９０．
［５］ ＲａｎｇａＳｗ锄ｙ Ｔ Ｒ，Ｓｈａｎｍｕｇ锄Ｊ，Ｍｏｈａｍｍｅｄ Ｋ Ｐ．
Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｆｕｚｚｙ Ｔｕｎｅｄ ＰＩＤ ＣｏｎｔｒｏＵｅｒ Ｆｏｒ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ０ｆ Ｕｔｉ王ｉｔｙ Ｂｏｌｉｅｒ［Ｊ］．Ｃ０ｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｉｎｔｄｌｉｇｅｎｔ Ｓ”ｔｅｍ， ２００５，３３（１）：６３—７１．
ＺＬ２００４２００３１８１３．９．２００４—０５—３１．
［１６］ Ｗｉｔｔｅｎｂｅｒｇ Ｃ．Ａ ｐｉｃｔｏｒｉａｌ ｈｕｍａｎ—ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ
ｃｏｎｃｅｐｔ ｆＯｒ ｓｕｐｅｎ，ｉＳｏｒｙ∞ｎｔｒ０１［Ｊ］．（ｂｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｐｒａｃｔｉｃｅ，２００４，１２（７）：８６５—８７８．