PDF《单片机温度测控系统设计》

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1 2008 年01 月Journal of Jiamusi University (Natural Science Edition) Jan.

2008 两级控制系统, 在单片机控制系统中还加入了通信 功能. 采用 RS-

232 接口, 通信速率为 1200bPs, 2400bPs, 800bPs 和9600bPs 等四种波特率, 由用户通 过键盘自行按需要选择. 系统的测量值和所有设定 参数均由 LED 数码管直接显示, 读数清晰, 直观. 控制器的结构如图

1 所示. 其中, / W0指代物理量, / - 0指代非电信号, 需经 PID 控制器等APD转换后 才能输出. / + 0指代电信号, / Y0指代 YES, 判断是 电信号后直接进行温度检测与变送. 1.

2 硬件电路设计 系统采用 MCS-

51 系列的单片机 8031, 这是 Intel 公司

80 年代推出的单片

8 位计算机. 从应用 的角度来看, 它有集成度高、 速度快、 处理能力强、 扩充性好、 寻址范围大等优点 [ 3] . 1.3 温度检测元件及变送器、 A PD转换芯片的选择 温度检测元件及变送器的选择要考虑温度控 制范围和精度要求. 对于

0 e ~

1000 e 的测量范围 采用热电耦, 如镍铬 ) 镍铝热电耦, 分度为 EU, 其 输出信号为41. 32mV, 经电压 ) 电流变换器, 输出0 ~ l 0mA 的电流信号, 然后再经过电流一电压变换 电路转换为 0~ 5V 电压信号. 为了提高测量精度, 可将变换器进行零点迁移, 例如温度测量范围是

400 e ~

1000 e , 热电偶输出16. 4~ 41. 32mV 时, 使 变换器的输出信号为 0~ l0mA. 这样使用

8 位APD 转换器, 就能使量化误差达到 ? 2.

340 e . 1.

4 自动换挡 该系统采用的转换器转换分辨率低, 为提高系 统的控温精度, 将全量程分为两个阶段, 按两挡处 理. 从一挡进入从另一挡采用自动换挡方式. 实现 的办法是由计算机控制双向模拟开关按温度变化 状况自动换挡. 一般来说, 系统在上电时, 首先进入 低档工作, 由计算机将采样的温度值与换挡温度界 限相比, 前者高, 系统立即进入高档工作, 如果前者 小于或等于后者, 系统继续工作在低档. 1. 预置温度和检查预置温度 系统采用键入的方式预置控温值, 并将预置的 温度值存储起来以备检查. 操作人员可以调出并显 示预置的控制温度. 实现的办法是用一个显示选择 开关进行选择. 当显示选择开关接高电平时, 系统 将显示预置温度值, 当显示选择开关接低电平时, 系统显示采集温度值. 2. 显示温度 由采样得到的温度电压信号经放大、 A PD 变换 及计算形成十进制的温度值, 由计算机依次送到对 应位, 数码管显示温度. 3. 温度控制电路 温度控制电路采用可控硅调功率方式. 双向可 控硅串在 50Hz 交流电源和加热丝电路中, 只要在 给定周期里改变可控硅开关的接通时间, 就能达到 改变加热功率的目的, 从而实现温度调节.

2 软件系统的设计 2.

1 控制规律 电阻炉炉温控制是这样一个反馈调节过程: 比 较实际炉温和需要炉温得到偏差, 通过对偏差的处 理获得控制信号, 再去调节炉子的加热功率, 从而 实现对炉温的控制. 该控制系统采用只调整一个参 数的 PID控制形式, 具体算法如下所示: 已知增量型 PID 控制的公式为: VU( i ) = Kp ( e( i) - e( i- 1) + T Ti e( i) + TD T [ e( i) - 2e( i- 1) + e( i- 2) ]) 如令 T = 0. 1TK, Ti........