發(fā)布時(shí)間：2023-03-15 15:04:30
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；溫度控制系統(tǒng)；硬件電路；軟件電路
中圖分類號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 04-0000-01
科技的進(jìn)步為企業(yè)的生產(chǎn)帶來(lái)了單片機(jī)技術(shù)，單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)能夠?yàn)槠髽I(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)提供合適的溫度，提高了生產(chǎn)效率，使人們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化。目前，單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于金屬冶煉、化工生產(chǎn)、食品加工和機(jī)械制造等工業(yè)活動(dòng)中，此系統(tǒng)能夠?qū)σ睙捊饘偎褂玫募訜釥t，化工生產(chǎn)所需要的反應(yīng)爐和熱處理爐等生產(chǎn)器具進(jìn)行溫度控制，為產(chǎn)品生產(chǎn)提供合適的溫度，從而提高產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量，為人民群眾提供豐富的資源來(lái)從事生產(chǎn)和生活，提高人們的生活說(shuō)平，促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。本文主要對(duì)單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的功能和工作原理進(jìn)行介紹，并分析系統(tǒng)的軟硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)的相關(guān)要求，進(jìn)而為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員提供科學(xué)合理的方法來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而提高設(shè)計(jì)效率。
一、單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的功能及工作原理
（一）單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的功能。從單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的名稱上來(lái)看，此系統(tǒng)的功能就是對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行溫度控制，這就是單片機(jī)最主要的目的。將控制功能進(jìn)一步細(xì)分，我們可以知道，單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)可以對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)，然后將檢測(cè)的數(shù)據(jù)以十進(jìn)制的數(shù)碼提供給監(jiān)控人員，單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的操作人員在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置的時(shí)候，可以將溫度控制在一定的范圍內(nèi)以適應(yīng)不同的溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)所，一旦溫度超過(guò)預(yù)設(shè)的溫度范圍，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)將溫度調(diào)節(jié)到溫度范圍內(nèi)，以此來(lái)保證產(chǎn)品生產(chǎn)所需的溫度，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)的繼續(xù)進(jìn)行，促進(jìn)企業(yè)的快速發(fā)展和國(guó)家經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步。
近幾年來(lái)，隨著科技和經(jīng)濟(jì)的快速進(jìn)步，人們對(duì)產(chǎn)品提出了新的要求，為了滿足人們對(duì)產(chǎn)品的需求，企業(yè)必須使用測(cè)控精度較高的溫度控制系統(tǒng)，并且還要使用穩(wěn)定性較好的系統(tǒng)來(lái)確保生產(chǎn)產(chǎn)品所需的最是溫度，從而確保生產(chǎn)的持續(xù)進(jìn)行。
（二）單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)擁有控制溫度功能的原因。單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)要想擁有控制溫度的作用，就必須依靠系統(tǒng)的硬件電路和軟件電路，只有兩者協(xié)同合作，才能對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)，并為溫度檢測(cè)系統(tǒng)提供合適的溫度范圍，為產(chǎn)品生產(chǎn)提供適宜的溫度，從而促進(jìn)產(chǎn)品生產(chǎn)的數(shù)量和質(zhì)量，改善人們的生活，為生產(chǎn)建設(shè)部門提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，促進(jìn)建筑行業(yè)和生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展。
二、單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的硬件要求
（一）溫度控制系統(tǒng)中單片機(jī)的選取。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的時(shí)候，必須按照系統(tǒng)使用者的需求選取科技含量較高，應(yīng)用效果較好的單片機(jī)，從而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)系統(tǒng)的控制，確保溫度控制系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，為產(chǎn)品生產(chǎn)提供適宜的溫度，促進(jìn)生產(chǎn)企業(yè)的快速發(fā)展。
（二）檢測(cè)溫度的電路對(duì)硬件的要求。檢測(cè)溫度的電路中需要的硬件有熱電偶、放大鏡和信號(hào)轉(zhuǎn)換器。熱電偶在系統(tǒng)中能夠?qū)⒆兓臏囟刃畔⑥D(zhuǎn)換成與信息變化相一致的電信號(hào)，此種電信號(hào)在輸出的時(shí)候比較微弱，所以就要利用放大器來(lái)將微弱的電信號(hào)放大，由于放大后的數(shù)據(jù)屬于模擬信號(hào)，無(wú)法順利地輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)，就需要使用信號(hào)轉(zhuǎn)換器來(lái)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，從而為監(jiān)測(cè)人員提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
（三）控制溫度的電路對(duì)硬件的要求。在控制溫度的電路中只需要使用一個(gè)控制溫度的電路元件，檢測(cè)人員通過(guò)該元件可以對(duì)溫度進(jìn)行設(shè)定，一旦產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的溫度超過(guò)設(shè)定的最高溫度，該元件就能利用半導(dǎo)體的制冷功能來(lái)降低產(chǎn)品生產(chǎn)的溫度，當(dāng)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的溫度低于設(shè)定的最低溫度，元件就能夠通過(guò)半導(dǎo)體的加熱功能來(lái)升高產(chǎn)品生產(chǎn)的溫度。
（四）人機(jī)對(duì)話電路對(duì)硬件的要求。人機(jī)對(duì)話電路使用的硬件主要有顯示器、鍵盤。單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)中的顯示器是由一些發(fā)光二極管組成的，當(dāng)顯示器接收到的字符的時(shí)候，一些發(fā)光二極管就會(huì)發(fā)生不同變化，因而就會(huì)在屏幕上顯示出不同的亮光，為檢測(cè)人員提供相關(guān)的信息。鍵盤作為輸入設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)對(duì)話，還能夠?qū)ο到y(tǒng)設(shè)置進(jìn)行更改，從而為產(chǎn)品生產(chǎn)提供合適的溫度。
三、單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的步驟
（一）溫度控制系統(tǒng)中監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)監(jiān)控程序的時(shí)候，要正確處理系統(tǒng)的調(diào)度問(wèn)題，這就要求設(shè)計(jì)人員根據(jù)環(huán)境的相關(guān)變化來(lái)選取合適的調(diào)度方法，從而幫助單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)快速地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的任務(wù)。
（二）系統(tǒng)中斷與子程序調(diào)用的設(shè)計(jì)。要對(duì)程序進(jìn)行初始化處理，然后將脈沖方式的中斷信號(hào)輸向外部中斷源，將中斷源進(jìn)行中斷，再進(jìn)行相關(guān)地址的更改，促進(jìn)信號(hào)轉(zhuǎn)換硬件的順利使用。經(jīng)過(guò)一系列的信號(hào)轉(zhuǎn)換，將最終的數(shù)字信號(hào)儲(chǔ)存在緩沖區(qū)域內(nèi)。
四、系統(tǒng)調(diào)試
（一）利用開發(fā)裝置來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)。單機(jī)片的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員在系統(tǒng)開發(fā)裝置上完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)之后，就可以在開發(fā)裝置上來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，主要方法是在開發(fā)裝置上連入仿真器，在應(yīng)用系統(tǒng)的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)一系列的程序代碼，如果運(yùn)行出錯(cuò)，就找到處錯(cuò)誤的代碼進(jìn)行更改，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
（二）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行連調(diào)處理。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行連調(diào)處理的時(shí)候，可以采用自底向上或自頂向下的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)，根據(jù)聯(lián)調(diào)得到的信息進(jìn)行方案更改，最終達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)的目的。
（三）將程序固化到芯片內(nèi)部。設(shè)計(jì)人員要將完成設(shè)計(jì)和調(diào)試的程序固化到芯片內(nèi)部，從而保護(hù)程序的安全性，保護(hù)設(shè)計(jì)人員的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
五、結(jié)束語(yǔ)
單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方面上發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，為了與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展性適應(yīng)，企業(yè)在產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中必須使用單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，才能夠加快產(chǎn)品的生產(chǎn)速度，提高產(chǎn)品的品質(zhì)，因此要求設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的需要設(shè)計(jì)單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，為企業(yè)的發(fā)展做貢獻(xiàn)，促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞 溫控系統(tǒng)；單片機(jī)；應(yīng)用
中圖分類號(hào)：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）13-0061-01
1 單片機(jī)簡(jiǎn)介
單片機(jī)，又稱微控制器，指一套完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成在一個(gè)芯片上，主要包含有CPU、內(nèi)存、大部分具有外存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)。單片機(jī)因其具有集成密度高、通用性能優(yōu)、功能性強(qiáng)等特性，以及外型體積小、單位重量低、能量損耗少、準(zhǔn)確性高、抗外界干擾能力強(qiáng)和便攜式使用等優(yōu)異特點(diǎn)，被廣泛用于智能控溫系統(tǒng)的核心組件。
單片機(jī)最早產(chǎn)生于工業(yè)化控制行業(yè)，由僅含CPU的芯片作為專業(yè)處理器發(fā)展而來(lái)的。早期單片機(jī)基本是4位和8位的，發(fā)展最為成功的是INTEL和8031，后期8031發(fā)展為MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)，因其具有簡(jiǎn)易、準(zhǔn)確性高和優(yōu)越性能等特點(diǎn)，一直被沿用至今。隨科技不斷進(jìn)步和工業(yè)化大發(fā)展，16位單片機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，但由于性價(jià)低，后快速被32位單片機(jī)替代。當(dāng)今，單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用不再局限于裸機(jī)領(lǐng)域，而是作為嵌入式設(shè)備應(yīng)用到操作系統(tǒng)中。單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛，特別是溫度檢測(cè)和控制領(lǐng)域。
2 單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)
單片機(jī)的基本組成有中央處理器（CPU，包括運(yùn)算器和控制器）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、讀寫存儲(chǔ)器（RAM，又稱隨機(jī)存儲(chǔ)器）、輸入/輸出端口（I/O口，或并行口/串行口）等組成[1]。為使單片機(jī)能夠有節(jié)奏的進(jìn)行運(yùn)算和控制時(shí)，單片機(jī)內(nèi)常常包含一個(gè)時(shí)鐘電路。此外，當(dāng)單片機(jī)控制對(duì)象參數(shù)到達(dá)一個(gè)需要加以干預(yù)的狀態(tài)時(shí)，其內(nèi)部含有的“中斷系統(tǒng)”指導(dǎo)著CPU根據(jù)具體情況而采取適當(dāng)?shù)膽?yīng)對(duì)措施。單片機(jī)的各組成結(jié)構(gòu)通過(guò)其內(nèi)部一條總線相互連接。
單片機(jī)的中央處理器作為單片機(jī)的核心部分，主要作用是用于數(shù)據(jù)的運(yùn)算和操作控制。其包含的運(yùn)算器作用是實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、位操作以及算術(shù)計(jì)算；控制器的作用是對(duì)指令進(jìn)行識(shí)別，后依據(jù)指令協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)內(nèi)部各組成單元相互工作。
儲(chǔ)存器是單片機(jī)另外一個(gè)重要組成部分，存儲(chǔ)器內(nèi)每個(gè)儲(chǔ)存單元可容納一個(gè)八位二進(jìn)制信息，一般使用兩位16進(jìn)制數(shù)來(lái)表示。儲(chǔ)存器包含程序儲(chǔ)存器、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器和特殊功能寄存器三種。程序儲(chǔ)存器一般指在單片機(jī)處理問(wèn)題前，將預(yù)先編好的程序、表格、常數(shù)等編為機(jī)器代碼后存入的儲(chǔ)存器，其可置于單片機(jī)內(nèi)或外，還可內(nèi)外兼置；數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器一般由讀寫儲(chǔ)存器RAM構(gòu)成，主要用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，容量最大為64K；特殊功能寄存器，其地址范圍一般在80H-FFH間，主要包含兩種，一種與芯片的引腳相關(guān)，另一種用于控制單片機(jī)功能。
3 單片機(jī)在溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用
下面以“貯液容器溫度控制系統(tǒng)”為研究對(duì)象，簡(jiǎn)述單片機(jī)溫度系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和實(shí)現(xiàn)方案。其運(yùn)行機(jī)理：溫度傳感器將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際溫度進(jìn)行采樣記錄，后轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)低通濾波設(shè)備將干擾信號(hào)過(guò)濾，送至放大器中，信號(hào)經(jīng)放大器放大后再通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器變換為數(shù)字信號(hào)，后送至單片機(jī)中，最后單片機(jī)依據(jù)設(shè)定的溫控范圍通過(guò)繼電器控制升溫設(shè)備來(lái)控制溫度。
本系統(tǒng)中，貯液的容器溫度作為被控參數(shù)，蒸汽的流量作為控制參數(shù)，降溫冷物料初溫作為前饋控制，組成前饋-反饋控制系統(tǒng)，將干擾信息排除。溫控系統(tǒng)的硬件組成主要有以單片機(jī)AT89C51作為主機(jī)，另配置有多路開關(guān)、D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、V/I轉(zhuǎn)換器、傳感變送器兩路以達(dá)到貯液容器溫度自控目的。此外，還有輔助配件如鍵盤、電路顯示板和報(bào)警電路，保證系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，貯液容器溫度在工藝要求范圍內(nèi)恒定。
1）前向通道設(shè)計(jì)。溫度傳感器（JUMU90型號(hào)，見下表）接收到CONV ERT有效命令后，寄存器從最高位順次開始經(jīng)電流輸出的DAC在比較強(qiáng)上與模擬量經(jīng)5KΩ電阻所產(chǎn)生的電流進(jìn)行比較。所有位檢測(cè)完成后，SAP中包含轉(zhuǎn)換后的10位二進(jìn)制碼。轉(zhuǎn)換完成后，SAP發(fā)出DR信號(hào)，單片機(jī)查詢到DR=0時(shí)，便使其打開三態(tài)緩沖器輸出數(shù)據(jù)。
JUMU90系列溫度傳感器性能指標(biāo)
輸出范圍/℃ 0-500
輸出電流/mA 4-20
精確度/% 0.5
A/D轉(zhuǎn)換芯片型號(hào)[2] AD571
2）后向通道設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)選用10位的D/A轉(zhuǎn)化器DA1020，以達(dá)到系統(tǒng)精確性要求。使用I/O口與AT89C51單片機(jī)相連接，這是由于D/A轉(zhuǎn)化器DA1020內(nèi)部無(wú)鎖存器。AT89C51單片機(jī)的字長(zhǎng)為8位的，因此每次操作僅能傳輸8位數(shù)據(jù)?？梢姡珹T89C51單片機(jī)須連續(xù)進(jìn)行兩次操作才能完成一個(gè)完整的10位數(shù)據(jù)，再傳輸?shù)紸C1020中，并且其傳輸方式采用雙緩沖器方式，以免傳輸過(guò)程中輸出電壓有毛刺現(xiàn)象。
3）執(zhí)行器及調(diào)理電路的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥的型號(hào)有：ZMAN 16BG型和ZGICr18Ni9Ti型，其具有對(duì)數(shù)流量特點(diǎn)。由于調(diào)節(jié)閥輸入信號(hào)為氣信號(hào)，而D/A轉(zhuǎn)化器輸出信號(hào)為電壓信號(hào)，因此在二者之間需加入V/I轉(zhuǎn)換器和一個(gè)電氣閥門定位器，其工作機(jī)理為先將0-5 V的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為4-20 mA的電流信號(hào)，再將4-20 mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為0.02-0.04 Mpa的氣信號(hào)，從而使調(diào)節(jié)閥接收到氣信號(hào)后開始工作。
4 總結(jié)
本文主要介紹了單片機(jī)的發(fā)展史、結(jié)構(gòu)組成以及以“貯液容器溫度控制系統(tǒng)”為例介紹了單片機(jī)在該系統(tǒng)中的應(yīng)用。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，科技水平的不斷進(jìn)步，各行業(yè)領(lǐng)域?qū)囟瓤刂频囊筇岣?，溫度的監(jiān)控要求也相應(yīng)提高，因此，溫度控制器的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒂鷣?lái)愈廣泛，基于單片機(jī)的溫度控制器的開發(fā)和應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越寬廣。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：溫度控制；自適應(yīng)；PID；PC機(jī)
中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2013）07-0018-03
0 引 言
目前，水溫控制被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工、家電等很多領(lǐng)域，水溫控制的好壞直接影響著產(chǎn)品的品質(zhì)，因此，水溫控制具有十分重要的意義。本設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求為1 L水由1 kW的電爐加熱，要求水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，以保持設(shè)定的溫度基本不變。主要性能指標(biāo)：溫度設(shè)定范圍為25.0～100℃，最小區(qū)分度為0.1 ℃，溫度控制的靜態(tài)誤差小于或等于0.1 ℃，用SMC1602A液晶顯示模塊顯示實(shí)際水溫和PID控制算法中的三個(gè)主要參數(shù)Kc、Ti、Td的賦值，用串口調(diào)試精靈將PID控制器的輸出和溫度采樣值顯示在PC機(jī)上。
1 系統(tǒng)方案
本設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)為核心，采用了溫度傳感器DS18B20、RS232標(biāo)準(zhǔn)接口及PID控制算法對(duì)溫度進(jìn)行控制。該水溫控制系統(tǒng)是一個(gè)典型的檢測(cè)、控制型應(yīng)用系統(tǒng)，它要求系統(tǒng)完成從水溫檢測(cè)、信號(hào)處理、輸入、運(yùn)算，到輸出控制電爐加熱功率以實(shí)現(xiàn)水溫控制的全過(guò)程。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了水溫的智能化控制以及提供完善的人機(jī)交互界面及PC機(jī)與單片機(jī)通信接口，系統(tǒng)由PC機(jī)與單片機(jī)通信模塊、溫度檢測(cè)及其顯示模塊、PID控制算法等模塊組成，其特點(diǎn)在于采用PC機(jī)與單片機(jī)通信，系統(tǒng)框圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)框圖
2 硬件電路設(shè)計(jì)
本電路總體設(shè)計(jì)包括四部分：主機(jī)控制部分（STC89C52）、溫度采樣與顯示電路、溫度控制電路、PC機(jī)與單片機(jī)通信電路。
2.1 主機(jī)控制部分
主機(jī)控制部分是電路的核心，系統(tǒng)的控制采用單片機(jī)89C52。單片機(jī)89C52內(nèi)部有8 KB單元的程序存儲(chǔ)器以及512 B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，因此，系統(tǒng)不必?cái)U(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這樣就可以大大減少系統(tǒng)硬件部分的復(fù)雜度。
2.2 溫度采樣與顯示電路
系統(tǒng)的信號(hào)采集與顯示電路主要由溫度傳感器DS18B20和SMC1602A液晶顯示模塊兩部分組成。
DS18B20 采用獨(dú)特的單線接口方式，在與微處理器連接時(shí)，僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通信。測(cè)溫范圍為-55～+125 ℃，固有測(cè)溫分辨率為0.5 ℃，工作電源為3～5 V/DC，在使用中不需要任何元件，測(cè)量結(jié)果以9～12 b數(shù)字量方式串行傳送，適用于DN15～25、DN40～DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備的測(cè)溫。
SMC1602液晶顯示器以其微功耗、小體積、使用靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。液晶顯示器通?？煞譃閮纱箢?，一類是點(diǎn)陣型，另一類是字符型。點(diǎn)陣型液晶通常面積較大，可以顯示圖形；而一般的字符型液晶只有兩行，面積小，只能顯示字符和一些很簡(jiǎn)單的圖形，簡(jiǎn)單、易控制且成本低。目前，市面上的字符型液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，所以控制原理是完全相同的，為HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。字符型LCD通常有14條引腳線（市面上也有很多16條引腳線的LCD，多出來(lái)的2條線是電源線VCC（15腳）和地線GND。
2.3 溫度控制電路
此部分電路主要由光電耦合器、三極管和繼電器組成。光電耦合器的耐壓值為400 V，它的輸出級(jí)經(jīng)三極管將功率放大后控制繼電器常開觸點(diǎn)的通斷，從而最終達(dá)到控制電爐子的目的，100 Ω電阻與0.01 μF電容組成雙向可控硅保護(hù)電路。
2.4 PC機(jī)與單片機(jī)通信電路
為了使系統(tǒng)具有更好的人機(jī)交換界面，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中我們通過(guò)Visual Basic 語(yǔ)言設(shè)計(jì)了微機(jī)控制界面。系統(tǒng)與微機(jī)的通信大大提高了系統(tǒng)的各方面性能。
由于單片機(jī)89C52串行口為TTL電平，而PC機(jī)為RS232電平，因此，系統(tǒng)采用了MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。
因?yàn)橄到y(tǒng)設(shè)計(jì)了通信功能，即主系統(tǒng)（89C52）和PC機(jī)的通信，所以在觀察PID 控制器的輸出時(shí)更加明顯，很大程度上降低了參數(shù)整定的難度。另外，通過(guò)可視化窗口能夠看到系統(tǒng)的采樣值。
3 軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括三大部分：PC機(jī)與單片機(jī)通信模塊的軟件設(shè)計(jì)、溫度采樣與顯示電路模塊的軟件設(shè)計(jì)、溫度控制模塊的軟件設(shè)計(jì)。
3.1 主程序流程圖
主程序流程如圖2所示，程序主要完成以下的幾部分任務(wù)：
（1） 初始化：設(shè)定各參數(shù)的初始值，設(shè)定串行口、定時(shí)器以及液晶顯示模塊。
（2） PC機(jī)與單片機(jī)通信：此部分程序主要完成數(shù)據(jù)在PC機(jī)和單片機(jī)間的相互發(fā)送，其主要通過(guò)89C52單片機(jī)的半雙工串行口完成，從而完成與微機(jī)控制接口RS232的連接及通信的控制。
（3） 溫度采集及其顯示：主要完成溫度信號(hào)的采集及其對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量進(jìn)行處理，進(jìn)而用字符型液晶顯示模塊將實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行顯示。
圖2 主程序流程
3.2 PID控制算法
PID算法是此溫控系統(tǒng)性能好壞的決定性因素。其一般算式及模擬控制規(guī)律表達(dá)式如下：
（1）
式中， u（t）為控制器的輸出； e（t）為偏差，即設(shè)定值與反饋值之差；Kc為控制器的放大系數(shù)，即比例增益；Ti為控制器的積分常數(shù)；Td為控制器的微分時(shí)間常數(shù)。PID算法的原理即調(diào)節(jié)Kc、Ti、Td三個(gè)參數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定。
由于PID的一般算式不易與單片機(jī)處理，因此，在設(shè)計(jì)中采用了增量型PID算法。將式（1）轉(zhuǎn)換成
（2）
由式（2）可得出
（3）
式（3）中的u（k）即輸出PWM波的導(dǎo)通時(shí)間。其控制算法如圖3所示。
圖3 PID控制算法
4 測(cè)試方法與測(cè)試結(jié)果
4.1 測(cè)試方法
在電爐子中放入1 L清水，電爐子和控制系統(tǒng)相連，給系統(tǒng)上電，系統(tǒng)進(jìn)入準(zhǔn)備工作狀態(tài)。分別設(shè)定溫度為35.3 ℃、40.2 ℃、45 ℃、60 ℃、74.0 ℃、81 ℃，觀察設(shè)定溫度和實(shí)際溫度，并記錄數(shù)據(jù)。填寫表1，同時(shí)觀察水溫變化的動(dòng)態(tài)情況，并記錄溫度穩(wěn)定的時(shí)間，填寫表2。
4.2 測(cè)試結(jié)果
設(shè)定溫度與實(shí)測(cè)溫度的數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所列。表2所列是溫度穩(wěn)定和時(shí)間的關(guān)系，表2中的設(shè)定溫度為50℃，每隔30 s記錄實(shí)測(cè)溫度。
5 結(jié) 論
從表1中的數(shù)據(jù)可知，系統(tǒng)的誤差基本穩(wěn)定在±0.3 ℃，因而能很好地滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。從表2所得的數(shù)據(jù)可知，系統(tǒng)運(yùn)行5 min時(shí)，基本達(dá)到了穩(wěn)定，說(shuō)明系統(tǒng)能很好地控制溫度達(dá)到理想值，為需要精確控制溫度的任務(wù)提供了參考。同時(shí)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了PC機(jī)與單片機(jī)的通信，把控制參數(shù)和控制結(jié)果顯示PC機(jī)上，方便監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了溫度的控制和智能監(jiān)控。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 郭天祥.51單片機(jī)C語(yǔ)言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.
[2] 李建忠.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.
[3] 譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)[M].3版.北京：清華大學(xué)出版社，2005.
關(guān)鍵詞：室內(nèi)溫度控制；STC89C51單片機(jī)；Pt100溫度傳感器
中圖分類號(hào)：TB
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
doi：10.19311/ki.1672-3198.2016.16.100
1 各模塊的介紹
1.1 STC89C51單片機(jī)
STC89C51RC采用的是8051核的ISP系統(tǒng)可編程芯片，ISP為“In System Programming”的縮寫。工作時(shí)最高可擁有80MHz的時(shí)鐘頻率，片內(nèi)包含的Flash只讀程序存儲(chǔ)器為8K Bytes，它可反復(fù)擦寫1000次，該單片機(jī)既由MCS-51指令系統(tǒng)又有80C51的引腳結(jié)構(gòu)，有通用的8位中央處理器在STC89C51內(nèi)部集成，并且它還包含ISP Flash存儲(chǔ)單元，可以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)可編程的功能，可以用電腦進(jìn)行程序的下載，無(wú)需購(gòu)買通用編程器。STC89C51RC系列的單片機(jī)是單時(shí)鐘/機(jī)器周期（1T）的兼容8051 內(nèi)核單片機(jī)，既高速又低耗。
1.2 Pt100溫度傳感器
Pt100溫度傳感器是測(cè)量溫度并利用自身阻值由溫度變化而產(chǎn)生變化的特點(diǎn)進(jìn)行溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的輸出信號(hào)的儀表，可以用來(lái)檢測(cè)和調(diào)節(jié)工程生產(chǎn)過(guò)程的溫度參數(shù)。由兩部分構(gòu)成帶傳感器的變送器，它們分別是“傳感器”和“信號(hào)轉(zhuǎn)換器”。熱電偶或者熱電阻是傳感器的主要材料；信號(hào)轉(zhuǎn)換器主要由測(cè)量單元、信號(hào)處理和轉(zhuǎn)換單元組成（由于工業(yè)用熱電阻和熱電偶分度表是標(biāo)準(zhǔn)化的，因此信號(hào)轉(zhuǎn)換器作為獨(dú)立產(chǎn)品時(shí)也稱為變送器），有些變送器增加了顯示單元，有些還具有現(xiàn)場(chǎng)總線功能。
1.3 LED數(shù)碼管
LED數(shù)碼管實(shí)際上是由七段LED燈組成一個(gè)“8”字形，若算上小點(diǎn)則共有八個(gè)LED小燈，根據(jù)各個(gè)小燈亮滅不同，它可以顯示從“0”到十六進(jìn)制的“F”。LED數(shù)碼管按連接方式的不同可分為共陰極接法和共陽(yáng)極接法。共陰極接法的數(shù)碼管要接通高電平才可以導(dǎo)通工作，而共陽(yáng)極則需要接通低電平才可以導(dǎo)通工作。本設(shè)計(jì)采用共陰極接法的兩位LED數(shù)碼管，連接在單片機(jī)的P2口。
1.4 繼電器控制的加熱系統(tǒng)
單片機(jī)通過(guò)P1.1引腳對(duì)繼電器的斷開和和閉合進(jìn)行控制從而控制加熱系統(tǒng)的工作與否。當(dāng)輸出為低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，加熱系統(tǒng)開始工作。當(dāng)輸出為高電平時(shí)，三極管截止，加熱系統(tǒng)停止工作。
2 設(shè)計(jì)思路
2.1 總體思路
本系統(tǒng)運(yùn)用STC89C51單片機(jī)進(jìn)行對(duì)于室溫的測(cè)量及調(diào)控，運(yùn)用Pt100溫度傳感器進(jìn)行溫度的測(cè)量以及標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的傳輸，這樣做是為了進(jìn)一步的對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。我們?cè)谏衔囊呀?jīng)了解到了Pt100溫度傳感器既包括傳感器又包括信號(hào)轉(zhuǎn)換器，這滿足我們對(duì)溫度檢測(cè)后轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)交給單片機(jī)進(jìn)行判斷的要求。它設(shè)計(jì)的主要原理為根據(jù)溫度的不同則自身電阻值不同，從而影響電路中電壓，所以根據(jù)溫度的不同可換算成不同的電壓值，也就有不同的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)相對(duì)應(yīng)。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到溫度傳感器發(fā)送給單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)之后，單片機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的溫度進(jìn)行判斷，若高于這個(gè)溫度則使風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，若低于這個(gè)溫度則使風(fēng)扇停轉(zhuǎn)并且使暖爐工作。在所有過(guò)程中，用LED數(shù)碼管來(lái)進(jìn)行溫度的顯示。
2.2 交流調(diào)溫風(fēng)扇部分
該風(fēng)扇工作原理為根據(jù)溫度不同來(lái)調(diào)速，風(fēng)速共有四檔，但為了簡(jiǎn)潔起見只用其中兩檔，即0檔和四檔，當(dāng)室溫小于等于27攝氏度時(shí)，該風(fēng)扇為零度，當(dāng)室溫大于27度時(shí)，該風(fēng)扇轉(zhuǎn)速為四檔。
2.3 繼電器控制的加熱系統(tǒng)部分
作為調(diào)高溫度的部分，它需要交流供電，而單片機(jī)只能提供最大為5伏的電壓，所以想要通過(guò)單片機(jī)直接對(duì)加熱系統(tǒng)進(jìn)行控制是不現(xiàn)實(shí)的，所以在這里用到了繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)加熱系統(tǒng)中電路的導(dǎo)通和斷開，而用單片機(jī)來(lái)控制繼電器是否工作，當(dāng)單片機(jī)P1.1引腳輸出低電平時(shí)三極管導(dǎo)通，加熱系統(tǒng)開始工作，而當(dāng)P1.1引腳輸出高電平時(shí)，三極管截止，加熱系統(tǒng)停止工作。
2.4 A/D轉(zhuǎn)換器
在這個(gè)室溫調(diào)控系統(tǒng)中，A/D轉(zhuǎn)換器在Pt100溫度傳感器電路中，是為了將熱電阻測(cè)得的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)以便于單片機(jī)檢測(cè)并作出相應(yīng)的運(yùn)算及判斷。因?yàn)閱纹瑱C(jī)只能運(yùn)算數(shù)字語(yǔ)言，即“0”和“1”，不能直接對(duì)溫度信號(hào)加以運(yùn)算，故我們需要用A/D轉(zhuǎn)換裝置將信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，相當(dāng)于“翻譯”的功能。
3 主接線的設(shè)計(jì)
在主接線的核心部分是四十只引腳的STC89C51單片機(jī)，它的P2口連接一個(gè)共陰極兩位LED數(shù)碼管，而它的陰極分別連接在單片機(jī)的P1.6引腳和P1.7引腳，數(shù)碼管用來(lái)顯示當(dāng)前溫度，而溫度的來(lái)源為Pt100溫度傳感器測(cè)量的溫度。Pt100溫度傳感器測(cè)量的溫度通過(guò)一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換裝置連接在STC89C51單片機(jī)的P0口上，實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)并向單片機(jī)傳輸?shù)墓δ堋TC89C51單片機(jī)接收到溫度轉(zhuǎn)換成的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)后，通過(guò)掃描預(yù)先下載進(jìn)去的主程序進(jìn)行內(nèi)部的運(yùn)算與判斷，當(dāng)溫度高于27攝氏度時(shí)，啟動(dòng)交流調(diào)速風(fēng)扇，進(jìn)行降溫工作，而當(dāng)溫度低于27度后，交流調(diào)速風(fēng)扇將停止工作，并且在室溫比27攝氏度低很多（在本設(shè)計(jì)中為5攝氏度）時(shí)使單片機(jī)控制繼電器使增溫系統(tǒng)工作，知道溫度重新升回27攝氏度。
4 主程序的設(shè)計(jì)
本程序運(yùn)用C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的主體思路是分別設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換子程序、數(shù)碼管顯示子程序、溫度調(diào)控子程序，其中交流調(diào)速風(fēng)扇的調(diào)速程序要通過(guò)中斷程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，它的主要原理是：我國(guó)交流電的頻率為50Hz，即周期為0.02s，我們先將供給交流調(diào)速風(fēng)扇的交流電整流成連續(xù)的正半周期的交流電，利用單片機(jī)控制通電與斷電的占空比從而調(diào)節(jié)交流調(diào)速風(fēng)扇的檔位，在中斷程序中根據(jù)Pt100溫度傳感器測(cè)得的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)的不同來(lái)設(shè)定不同的占空比。對(duì)于Pt100溫度傳感器測(cè)得的溫度信號(hào)，要根據(jù)公式轉(zhuǎn)換成一個(gè)對(duì)應(yīng)的數(shù)字，整體趨勢(shì)是溫度越高這個(gè)數(shù)字越低。這部分由程序中的A/D轉(zhuǎn)換子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于數(shù)碼管的顯示，我們通過(guò)定義數(shù)字表以及定義端口（用兩個(gè)不同的參數(shù)來(lái)表示連接數(shù)碼管陰極的P1.6引腳和P1.7引腳）來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)碼管顯示的控制。對(duì)于交流調(diào)速風(fēng)扇和對(duì)加熱系統(tǒng)的控制在主程序中是通過(guò)設(shè)定兩個(gè)不同的參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這兩個(gè)參數(shù)分別代表連接繼電器的P1.1引腳和連接交流調(diào)速風(fēng)扇的P1.2引腳，通過(guò)給這兩個(gè)參數(shù)賦值（“0”和“1”）來(lái)實(shí)現(xiàn)降溫和升溫的功能。
參考文獻(xiàn)
[關(guān)鍵詞]單片機(jī)；溫度傳感器；巡回檢測(cè)報(bào)警；溫度控制
中圖分類號(hào)：TM351 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）12-0285-01
1、引言
溫度采集系統(tǒng)可被廣泛應(yīng)用于工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，單片機(jī)控制溫度采集控制系統(tǒng)就是為對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)控而設(shè)計(jì)的。采用PC機(jī)控制進(jìn)行溫度檢測(cè)、數(shù)字顯示、信息存儲(chǔ)及實(shí)時(shí)控制，對(duì)于提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等都有重要的作用。系統(tǒng)以52系列單片機(jī)為控制核心，實(shí)現(xiàn)溫度控制報(bào)警顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單實(shí)用，具有一定的推廣價(jià)值。
2、溫度控制系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)
系統(tǒng)運(yùn)用主從分布式思想，由一臺(tái)PC作上位機(jī)，單片機(jī)作下位機(jī)，進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集。該系統(tǒng)采用RS-232串行通訊標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)PC機(jī)控制單片機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度采集。溫度值既可以送回主控PC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，由顯示器集中顯示，也可以由下位機(jī)單獨(dú)工作，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前各點(diǎn)的溫度值，并對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度控制，并具有超溫聲光報(bào)警功能。工作原理如下：當(dāng)單片機(jī)采集溫度低于所設(shè)定的下限溫度或高于設(shè)定的上限溫度時(shí)，單片機(jī)控制數(shù)字溫度傳感器DS18B20系統(tǒng)，把溫度信號(hào)通過(guò)單總線從數(shù)字溫度傳感器傳遞到單片機(jī)上。單片機(jī)在處理數(shù)據(jù)之后，發(fā)出控制信號(hào)改變報(bào)警和控制執(zhí)行模塊的狀態(tài)，同時(shí)將當(dāng)前溫度值發(fā)送到顯示電路顯示。本設(shè)計(jì)選用LED數(shù)碼管顯示器，采用蜂鳴器報(bào)警。
為了實(shí)現(xiàn)預(yù)定值的設(shè)置，本系統(tǒng)采用的是直接和I/O口連接的三個(gè)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)，分別代表循環(huán)切換鍵、加1鍵和減1鍵。循環(huán)切換鍵用來(lái)設(shè)定報(bào)警值，加1鍵和減1鍵用來(lái)設(shè)置溫度的上下限值。O定完參數(shù)后，再按一次功能鍵，系統(tǒng)便進(jìn)入了監(jiān)控狀態(tài)。
3、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
（1）系統(tǒng)的硬件組成
本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括對(duì)溫度的采集、轉(zhuǎn)換、顯示以及報(bào)警等環(huán)節(jié)。系統(tǒng)的硬件主要由AT89S52單片機(jī)、DS18B20溫度傳感器、LED數(shù)碼管、電源、RS232、蜂鳴器等組成各個(gè)功能環(huán)節(jié)的元器件構(gòu)成。
（2）元器件的選擇
1、PC機(jī)采用普通的個(gè)人計(jì)算機(jī)。個(gè)人計(jì)算機(jī)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，是一種能獨(dú)立運(yùn)行，完成特定功能的設(shè)備。個(gè)人計(jì)算機(jī)具有優(yōu)良的性能，使用廣泛。由PC機(jī)控制AT89S52單片機(jī)，完成系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)。
2、本設(shè)計(jì)中的下位機(jī)采用的是單片機(jī)基于數(shù)字溫度傳感器DS18B20的系統(tǒng)。DS18B20利用單總線的特點(diǎn)可以方便的實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度的測(cè)量，輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的抗干擾性好、設(shè)計(jì)靈活、方便，而且適合于在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量。DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器。測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625℃。它與傳統(tǒng)的熱敏電阻的不同之處在于它可直接將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成船行數(shù)字信號(hào)供微處理器處理。DS18B20具有體積小、線路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。
DS18B20最大的特點(diǎn)是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式，DS18B20的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送均由同一條線來(lái)完成。本系統(tǒng)為單點(diǎn)溫度測(cè)試。DS18B20采用外部供電方式，理論上可以在一根數(shù)據(jù)總線上掛256個(gè)DS18B20，但實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，如果掛接25個(gè)以上的DS18B20仍舊有可能產(chǎn)生功耗問(wèn)題。另外單總線長(zhǎng)度也不宜超過(guò)80M，否則也會(huì)影響到數(shù)據(jù)的傳輸。在這種情況下我們可以采用分組的方式，用單片機(jī)的多個(gè)I/O口來(lái)驅(qū)動(dòng)多路DS18B20。本設(shè)計(jì)采用的是單路溫度傳感器測(cè)溫的方式。在實(shí)際應(yīng)用中還可以使用一個(gè)MOSFET將I/O口線直接和電源相連，起到上拉的作用。
3.單片機(jī)
本設(shè)計(jì)最終選用ATMEL公司的8位單片機(jī)AT89S52作為本系統(tǒng)的CPU。
下面簡(jiǎn)單地介紹一下AT89S52的特性：與MCS-51產(chǎn)品兼容，包括引腳；8K字節(jié)可編程閃速程序存儲(chǔ)器，壽命：1000次寫/擦循環(huán)；全靜態(tài)工作：0～33MHz；3級(jí)程序存儲(chǔ)器加密鎖定；256×8位內(nèi)部RAM；32條可編程I/O線；兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；8個(gè)中斷源；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式，從掉電模式中斷恢復(fù)；看門狗定時(shí)器；雙數(shù)據(jù)指針；斷電標(biāo)志等。
4.鍵盤以及顯示電路
鍵盤電路比較簡(jiǎn)單，設(shè)立三個(gè)鍵K1，K2，K3。其中：
K1（“”鍵）：循環(huán)切換，可以選擇設(shè)定溫度傳感器的上，下限溫度報(bào)警值。
K2（“”鍵）：在設(shè)定傳感器的上，下限溫度報(bào)警值時(shí)，按“”鍵，設(shè)定值加1。
K3（“”鍵）：在設(shè)定傳感器的上，下限溫度報(bào)警值時(shí)，按“”鍵，設(shè)定值減1。
顯示電路用顯示器作為人機(jī)接口，尤其是作為本系統(tǒng)的溫度監(jiān)測(cè)儀器，是必需的。常用的顯示器件主要有LED（發(fā)光二極管顯示器）和LCD（液晶顯示器），它們都具有耗電少，成本低，線路簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于智能儀表場(chǎng)合。本設(shè)計(jì)選用共陰極LED數(shù)碼管顯示器。我們所用的顯示器主要用于顯示溫度值。
4、溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
整個(gè)系統(tǒng)軟件分為PC機(jī)軟件和單片機(jī)軟件，PC機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)可視化檢測(cè)，單片機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、處理和控制，PC機(jī)和單片機(jī)之間采用主從式通訊。
本系統(tǒng)軟件采用匯編語(yǔ)言來(lái)編寫。匯編語(yǔ)言程序具有代碼效率高（編譯后的指令代碼占用存儲(chǔ)空間?。┖蛨?zhí)行時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。[7]由于單片機(jī)的存儲(chǔ)器等資源有限，單片機(jī)應(yīng)用程序中經(jīng)常需要面對(duì)硬件操作，且對(duì)程序執(zhí)行的時(shí)間有較為嚴(yán)格的要求或限制。因此，選用匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)具有諸多優(yōu)勢(shì)。
單片機(jī)中的程序分為主程序和各個(gè)功能模塊。主程序是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，用來(lái)協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。功能模塊則是用來(lái)完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測(cè)量、計(jì)算、顯示、通訊等。
功能模塊共有6個(gè)，分別是溫度轉(zhuǎn)換開始子程序、讀出溫度值子程序、根據(jù)溫度進(jìn)行控制子程序、溫度顯示模式設(shè)定子程序、溫度數(shù)據(jù)計(jì)算處理子程序、顯示數(shù)據(jù)BCD碼刷新子程序、數(shù)碼管顯示子程序、鍵盤掃描以及按鍵處理程序、單片機(jī)與PC機(jī)串口通訊程序。
5、結(jié)束語(yǔ)
【關(guān)鍵詞】單片機(jī);控制系統(tǒng);模擬檢測(cè)精度;問(wèn)題研究
前言
近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)不同領(lǐng)域的進(jìn)一步滲透， 傳統(tǒng)控制檢測(cè)的相關(guān)技術(shù)也不斷趨于完善。以單片機(jī)作為檢測(cè)核心的自動(dòng)控制單片機(jī)系統(tǒng)中，基于傳統(tǒng)模式的單片機(jī)控制模擬檢測(cè)的精度已經(jīng)難以匹配相應(yīng)的模擬檢測(cè)度，相關(guān)的工程人員還需要根據(jù)單片機(jī)系統(tǒng)的具體硬件結(jié)構(gòu)，采用多方面的措施以提升檢測(cè)精度。而在模擬檢測(cè)電路中，相關(guān)的工程人員更是面對(duì)著檢測(cè)數(shù)據(jù)量繁多、信號(hào)類型復(fù)雜、轉(zhuǎn)換關(guān)系不易理清等一系列技術(shù)難題，如何在這種多類型信號(hào)的單片機(jī)控制系統(tǒng)中提升檢測(cè)精度，更是成為了相關(guān)工程人員面臨的棘手難題。
一、放大電路部分元件因溫度產(chǎn)生失真現(xiàn)象
如圖1所示，單片機(jī)控制系統(tǒng)中的核心部件為基于三極管構(gòu)建的放大電路，但三極管受溫度的影響也是極為明顯的。例如在圖1中，失調(diào)電壓UIO會(huì)隨著整個(gè)放大電路所處環(huán)境溫度的變化而產(chǎn)生失真現(xiàn)象，使得利用相關(guān)設(shè)備所測(cè)得的UIO測(cè)量值與真實(shí)值之間存在15%以上的誤差。而放大電路中的核心部件三極管的使用壽命也會(huì)因整個(gè)電路高強(qiáng)度的放大作用而迅速衰減，使得增益AV有一定幅度的降低，導(dǎo)致模擬檢測(cè)精度的下降。
圖1 單片機(jī)控制系統(tǒng)中的放大電路
基于此，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員需要明確具體系統(tǒng)中不同三極管和其它元器件的工作條件，嚴(yán)格按照相應(yīng)原件的制作要求構(gòu)建相應(yīng)的分析電路，避免部分元件因?qū)嶋H電流超出額定電流而產(chǎn)生損毀現(xiàn)象。對(duì)于損壞的元器件，如電阻、三極管等，應(yīng)及時(shí)予以更換，避免整個(gè)電路雖能勉強(qiáng)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能，但精度卻有了大幅度的降低。而對(duì)于電路中失調(diào)電壓UIO與增益AV的漂移和失真現(xiàn)象，相關(guān)的工程人員可以在整個(gè)系統(tǒng)通電之前，首先用萬(wàn)用表等工具檢測(cè)出整個(gè)放大電路在理想情況下的增益倍數(shù)，待進(jìn)行測(cè)量時(shí)，再利用相關(guān)設(shè)備檢測(cè)出測(cè)量時(shí)刻放大器失調(diào)電壓UI0 增益AV 的真實(shí)值，最后根據(jù)單片機(jī)的變成運(yùn)算，對(duì)不同時(shí)刻測(cè)得的不同數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，最終得出被檢測(cè)模擬量的具體數(shù)值，從而避免放大電路部分元件因溫度產(chǎn)生失真現(xiàn)象對(duì)模擬檢測(cè)精度帶來(lái)的影響。
二、交流信號(hào)的檢測(cè)精度對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)的影響
整個(gè)模擬檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性是建立在系統(tǒng)交流信號(hào)檢測(cè)可靠性的基礎(chǔ)之上的，考慮到這類A/D轉(zhuǎn)換一類的I/O處理程序多是由單片機(jī)的實(shí)時(shí)處理程序所構(gòu)成的，在提高檢測(cè)精度方面，相關(guān)的工程人員可以借助全速斷點(diǎn)運(yùn)行方式或連續(xù)運(yùn)行方式來(lái)對(duì)整個(gè)模擬檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)精度予以調(diào)試。例如先提前測(cè)量出一組模擬數(shù)據(jù)，然后再通過(guò)仿真器的命令寫入功能，將相關(guān)的模擬測(cè)試數(shù)據(jù)輸入到整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的參數(shù)緩沖單元之中，最后將計(jì)算程序的輸出結(jié)果與所測(cè)得的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果模擬數(shù)據(jù)與測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差極小，可基本認(rèn)為該系統(tǒng)的檢測(cè)精度較高。但若發(fā)現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)或整組數(shù)據(jù)與實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)存在較大的誤差，則需要改用單步檢測(cè)方式，對(duì)系統(tǒng)的算法進(jìn)行分析，進(jìn)行重新設(shè)計(jì)或修改。如果發(fā)現(xiàn)整個(gè)算法雖然能夠得出模擬測(cè)試的結(jié)果，或是實(shí)際測(cè)得的數(shù)據(jù)不能夠完全覆蓋模擬計(jì)算的數(shù)據(jù)類型，還可借助圖2所示的交流―直流信號(hào)的轉(zhuǎn)換電路，通過(guò)二級(jí)濾波的方式，將任意波形交流信號(hào)的有效值轉(zhuǎn)換為直流電壓再予以檢測(cè)，除了在提升單片機(jī)控制系統(tǒng)模擬精度方面有著卓越貢獻(xiàn)以外，還能進(jìn)一步減少紋波所帶來(lái)的負(fù)面影響。
圖2 提升交流信號(hào)檢測(cè)精度的轉(zhuǎn)換電路
三、共模信號(hào)和信號(hào)源內(nèi)阻的給系統(tǒng)模擬精度造成的影響
以圖1為例，如果整個(gè)放大電路的A1、A2放大器未能采用相互對(duì)稱的模塊，那么當(dāng)檢測(cè)信號(hào)送至A1、A2的相同兩端時(shí)，勢(shì)必會(huì)由于相位差造成輸入增康的增大，從而對(duì)系統(tǒng)的增益造成影響，進(jìn)而影響系統(tǒng)的模擬檢測(cè)精度?；诖耍嚓P(guān)的工程人員在對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的放大裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分考慮到共模信號(hào)和信號(hào)源內(nèi)阻的給系統(tǒng)模擬精度造成的影響?？煽紤]構(gòu)建如圖1所示的基本放大電路，利用采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)的A1、A2的放大器將放大信號(hào)直接加在輸入兩端，還可利用差分放大器A3對(duì)前級(jí)共模信號(hào)的傳輸路徑予以阻斷，達(dá)到共模抑制作用的效果。通過(guò)這種變雙端輸入對(duì)單端輸出、變不對(duì)稱結(jié)構(gòu)對(duì)對(duì)稱模塊的放大電路的構(gòu)成，可以在有效滿足調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的基礎(chǔ)上，滿足對(duì)地負(fù)載的相關(guān)需求，從而達(dá)到提升單片機(jī)控制系統(tǒng)模擬檢測(cè)精度的最終目的。此外，對(duì)于部分輸入信號(hào)為數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)共存的放大電路，相關(guān)的工程人員也可利用光電感應(yīng)設(shè)備對(duì)數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)加以隔離，從而抑制數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬信號(hào)，尤其是小信號(hào)模擬信號(hào)的干擾，亦可達(dá)到提升系統(tǒng)模擬精度的重要目的。
四、對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的展望
縱觀現(xiàn)實(shí)生活中的不同領(lǐng)域，不難發(fā)現(xiàn)單片機(jī)控制系統(tǒng)已經(jīng)彰顯出越來(lái)越獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。無(wú)論是大到飛機(jī)上各種儀表器件的控制和自動(dòng)導(dǎo)航，還是小到一張生活中常見的智能IC卡，其中都有著單片機(jī)控制系統(tǒng)的身影。相關(guān)的工程人員只需要在單片機(jī)的接上并不復(fù)雜的接口電路，在結(jié)合單片機(jī)核心中的人為寫入程序，就可以完成單片機(jī)出現(xiàn)之前曾經(jīng)極其復(fù)雜的工作?，F(xiàn)階段，基于單片機(jī)控制系統(tǒng)的模擬檢測(cè)已經(jīng)有了更廣闊的發(fā)展前景，例如我國(guó)的高精度溫度控制系統(tǒng)、國(guó)外的長(zhǎng)度測(cè)量控制系統(tǒng)等等。雖然這部分高精度的模擬系統(tǒng)檢測(cè)在成本方面還不夠低廉、但隨著科技的不斷發(fā)展，我們有理由相信，未來(lái)高精度的模擬控制系統(tǒng)不僅能夠進(jìn)一步降低生產(chǎn)的所需成本，提升生產(chǎn)效率，還能夠在智能化、安全化、簡(jiǎn)單化的發(fā)展道路上取得更卓越的發(fā)展。
五、結(jié)語(yǔ)
單片機(jī)控制系統(tǒng)隨著科技的發(fā)展已經(jīng)有著越來(lái)越廣闊的應(yīng)用空間，因此，如何在不擴(kuò)大生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上，提高單片機(jī)控制系統(tǒng)模擬檢測(cè)的精度就顯得越來(lái)越重要。筆者認(rèn)為，通過(guò)對(duì)硬件電路采取相關(guān)措施，結(jié)合單片機(jī)自身的編程計(jì)算功能，無(wú)疑會(huì)對(duì)提高系統(tǒng)模擬檢測(cè)精度有著重要的貢獻(xiàn)。同樣，筆者也希望相關(guān)的工程人員能夠在提升模擬檢測(cè)精度方面開拓進(jìn)取，不斷創(chuàng)新，為廣大的電子工作者打開一扇通往電子設(shè)計(jì)新出路的大門。
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；高壓開關(guān)柜；溫濕度
1.前言
高壓開關(guān)柜在電力系統(tǒng)中有著非常廣泛的應(yīng)用，是電廠、變配電站中的核心設(shè)備之一。在運(yùn)行過(guò)程中，開關(guān)柜里面分、合部件的機(jī)械松動(dòng)、連接觸點(diǎn)的磨損、觸頭的表面氧化和設(shè)備老化等原因，導(dǎo)致連接部件或接觸部件的接觸電阻增大，長(zhǎng)期在高電壓、大電流和滿負(fù)荷的條件下運(yùn)行，熱量集結(jié)加劇，極易導(dǎo)致開關(guān)柜內(nèi)溫度升高，如不及時(shí)處理將出現(xiàn)局部熔焊、產(chǎn)生火花或電弧放電，最終造成電氣設(shè)備的損壞，甚至發(fā)生火災(zāi)、爆炸等嚴(yán)重的供電事故；此外，高壓開關(guān)柜內(nèi)部空間較為緊湊，柜內(nèi)潮濕、結(jié)露等現(xiàn)象可能會(huì)導(dǎo)致開關(guān)設(shè)備發(fā)生爬電、閃絡(luò)等事故；一旦發(fā)生供電事故，短時(shí)間內(nèi)無(wú)法恢復(fù)生產(chǎn)，從而造成重大經(jīng)濟(jì)損失。所以，溫度、濕度監(jiān)控在高壓開關(guān)柜運(yùn)行過(guò)程中非常的重要，對(duì)高壓開關(guān)柜內(nèi)部進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的溫濕度控制，可以延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，保證高壓開關(guān)柜的安全運(yùn)行，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
圖1 系統(tǒng)控制框圖
2.系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
本控制系統(tǒng)采用自動(dòng)模式運(yùn)行，通過(guò)傳感器采集高壓開關(guān)柜內(nèi)部的溫濕度，當(dāng)開關(guān)柜溫濕度超限或有結(jié)露趨勢(shì)時(shí)，一方面發(fā)出報(bào)警信號(hào)通知工作人員，一方面控制相應(yīng)的通風(fēng)、加熱設(shè)備，控制開關(guān)柜溫濕度的在正常的范圍之內(nèi)，保障開關(guān)柜安全運(yùn)行，同時(shí)為了方便工作人員觀測(cè)了解，本控制系統(tǒng)通過(guò)液晶顯示器實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的溫濕度數(shù)據(jù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)方案，核心是微控制器，包括傳感器組、液晶顯示模塊、報(bào)警模塊、電源電路以及相應(yīng)的加熱、通風(fēng)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)圖
3.1 微控制器
高壓開關(guān)柜內(nèi)部的環(huán)境較為復(fù)雜，溫度、濕度、強(qiáng)電磁等，所以微控制器采用美國(guó)微芯公司生產(chǎn)一種產(chǎn)品PIC16F877單片機(jī)，集成AD轉(zhuǎn)換器、USART及SPI接口模塊，具有8K的程序存諸空間、512字節(jié)的數(shù)據(jù)存諸空間，此外該單片機(jī)采用Haryard雙總線結(jié)構(gòu)，能使程序存儲(chǔ)器的訪問(wèn)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)并行處理，具有較高的運(yùn)行速度，較為簡(jiǎn)化的電路，低功耗、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可以適應(yīng)高壓開關(guān)柜復(fù)雜的環(huán)境。
3.2 傳感器模塊
傳感器采用的是瑞士Sensirion公司生產(chǎn)的SHT15溫濕度傳感器，其將溫濕度傳感器結(jié)合在一起，構(gòu)成了一個(gè)單一的整體，提高測(cè)量精度并且可以精確得出露點(diǎn)值，具有極高的可靠性與長(zhǎng)期的穩(wěn)定性；內(nèi)部包含有A/D轉(zhuǎn)換器，可以直接將采集到的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字傳輸?shù)娇刂破鳎瑪?shù)據(jù)傳輸采用用串行通信方式，使系統(tǒng)集成更簡(jiǎn)易快捷，同時(shí)還有精度高、反應(yīng)迅速、功耗低等特點(diǎn)。實(shí)際使用過(guò)程中為提高測(cè)量的精度在DATA引腳接上10k的上拉電阻，在電源引腳（VCC，GND）之間增加一個(gè)100nF的電容用以去耦濾波，單個(gè)傳感器與微控制器的接口電路如圖3所示。
圖3 溫濕度傳感器接口電路
3.3 顯示器模塊
本控制系統(tǒng)需要顯示多點(diǎn)的被測(cè)量，因而采用微功耗12864液晶模，可以更加直觀的觀測(cè)開關(guān)柜內(nèi)各點(diǎn)溫濕度，該模塊的數(shù)據(jù)端直接與單片機(jī)連接，E為使能端，控制讀/寫時(shí)序，R/W判斷讀寫操作，RS控制顯示和指令，使用時(shí)直接與單片機(jī)的I/O口連接，電路如圖4所示。
圖4 液晶顯示器接口電路
圖5 輸出控制電路
3.4 輸出控制模塊
大多數(shù)開關(guān)柜采用封閉式結(jié)構(gòu)，在長(zhǎng)期運(yùn)行下熱量不宜擴(kuò)散，造成開關(guān)柜內(nèi)部溫度升高，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定上限時(shí)，極易發(fā)生供電事故；此外，開關(guān)柜內(nèi)部相對(duì)濕度較大時(shí)容易產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，極易引起爬電、閃絡(luò)事故，危害供電安全。所以，當(dāng)溫度高時(shí)啟動(dòng)通風(fēng)機(jī)，當(dāng)有結(jié)露產(chǎn)生的趨勢(shì)時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)加熱器，降低相對(duì)濕度或水蒸氣量，以改善設(shè)備內(nèi)部環(huán)境，提高運(yùn)行安全性。排風(fēng)扇及加熱器輸出控制電路如圖5所示。電路采用光電耦合的方式提高控制系統(tǒng)抗干擾能力，單片機(jī)I/O口輸出低電平，光電耦合器S導(dǎo)通，繼電器K吸合，通過(guò)控制繼電器的通斷來(lái)控制相應(yīng)設(shè)備的工作。
3.5 報(bào)警模塊
控制系統(tǒng)檢測(cè)到開關(guān)內(nèi)部溫度過(guò)高、濕度超限時(shí)，控制系統(tǒng)輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)三極管控制蜂鳴器發(fā)生及點(diǎn)亮報(bào)警燈，發(fā)出報(bào)警信號(hào)通知工作人員，同時(shí)輸出信號(hào)控制風(fēng)機(jī)或加熱器工作，調(diào)節(jié)高壓開關(guān)柜內(nèi)部環(huán)境。
圖6 主程序流程圖
4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)采用模塊化程序設(shè)計(jì)，包括主程序控制模塊，初始化程序以及功能控制主程序，由主程序調(diào)用各子程序以實(shí)現(xiàn)各模塊功能。系統(tǒng)上電完成復(fù)位后，利用傳感器檢測(cè)各個(gè)點(diǎn)的溫度和濕度信息，通過(guò)液晶顯示器顯示實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，然后將溫濕度值與設(shè)定值進(jìn)行比較，若溫度、濕度超限即報(bào)警和輸出控制信號(hào)，若開關(guān)柜內(nèi)部溫度、濕度沒有超出設(shè)定值，則計(jì)算露點(diǎn)值，再次判斷是否有結(jié)露趨勢(shì)，最終得出信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)開關(guān)柜內(nèi)部環(huán)境，保障開關(guān)柜的安全運(yùn)行，具體流程圖如圖4所示。
5.測(cè)試結(jié)果與分析
軟硬件聯(lián)合調(diào)試完畢后，將調(diào)試成功的溫濕度控制系統(tǒng)（包括通風(fēng)機(jī)和加熱器）安裝在某閑置高壓開關(guān)柜內(nèi)。為了能夠更直觀的觀測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行和控制過(guò)程，通過(guò)2臺(tái)加熱器、2臺(tái)加濕器人工模擬開關(guān)柜溫濕度變化，溫度上限設(shè)置為70oC，下限為25oC，濕度上限90RH%；然后把控制系統(tǒng)的溫濕度測(cè)量數(shù)據(jù)與專業(yè)溫濕度計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，分析控制系統(tǒng)的整體性能。測(cè)試結(jié)果如表1、表2所示。
表1 控制系統(tǒng)溫度測(cè)試（環(huán)境濕度48RH%）
時(shí)間 溫度（系統(tǒng)）oC 溫度（專業(yè)工具）oC 通風(fēng)機(jī)是否工作 是否報(bào)警
14：3O 21 20.8 否 否
14：45 39 38.6 否 否
15：00 55 54.8 否 否
15：15 70 70.0 否 否
15：30 82 81.9 是 是
表2 控制系統(tǒng)濕度測(cè)試（環(huán)境溫度20oC）
時(shí)間 濕度（系統(tǒng)）RH% 溫度（專業(yè)工具）RH% 加熱器是否工作 是否報(bào)警
13：OO 48 49 否 否
13：15 62 63 否 否
13：30 74 74 否 否
13：45 85 86 否 否
14：00 94 96 是 是
經(jīng)過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)控制系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)和專業(yè)測(cè)量工具測(cè)量數(shù)據(jù)誤差較小，溫度最小誤差為0，最大誤差0.4oC，濕度數(shù)據(jù)最小誤差為0，最大為2RH%；同時(shí)在數(shù)據(jù)超限時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)正常工作、報(bào)警電路正常工作，說(shuō)明本控制系統(tǒng)溫度傳感器性能良好，能夠滿足控制系統(tǒng)的要求。
6.結(jié)語(yǔ)
本文針對(duì)高壓開關(guān)柜內(nèi)部環(huán)境對(duì)溫濕度的要求，結(jié)合傳感器技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)具有溫濕度實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)、超限報(bào)警、輸出控制等功能的控制系統(tǒng)，測(cè)試結(jié)果表明，該裝置可以實(shí)時(shí)顯示溫濕度，能夠很好的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，當(dāng)超限時(shí)能夠及時(shí)報(bào)警，同時(shí)具有測(cè)量精度高、控制性能好、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)，有較高的應(yīng)用價(jià)值。
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【關(guān)鍵詞】at89c51單片機(jī)；溫度控制系統(tǒng)；抗干擾研究
0 引言
本電爐烤箱溫度控制系統(tǒng)采用atmel 公司推出的at89c51 單片機(jī)為控制部件，它是一個(gè)低功耗、高性能的cmos 八位單片機(jī)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51 指令系統(tǒng)。由于本系統(tǒng)的控制程序不大，能將控制程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)內(nèi)自帶的4kbflashrom 中，不必再擴(kuò)展rom。這樣使得控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)極其方便，元件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)反應(yīng)快。價(jià)格經(jīng)濟(jì)。同時(shí)也存在其不足的方面，穩(wěn)定性能不太理想，可能受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境干擾而降低溫度控制的精度，這就要求我們對(duì)其干擾來(lái)源認(rèn)真分析研究，進(jìn)而改進(jìn)抗干擾設(shè)計(jì)，使其充分體現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，抑制干擾，加強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
1 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)干擾來(lái)源的分析
1.1 根據(jù)單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)所處的工作環(huán)境，干擾源可以分為如下幾種
1）自然界干擾源：極端天氣溫度劇烈變化，地磁場(chǎng)的變化、空中風(fēng)雨雷電交加，造成系統(tǒng)工作電源波動(dòng)與控制信號(hào)異常。2）系統(tǒng)周邊的干擾：周邊有大功率電器運(yùn)行如中頻爐，晶閘管、大功率發(fā)射機(jī)、大功率逆變電源等可能形成磁和電干擾。3）系統(tǒng)本身的干擾：系統(tǒng)含有大功率，大電流驅(qū)動(dòng)電路，如產(chǎn)生火花的繼電器，大電流開關(guān)等。電感性大的設(shè)備在啟停的過(guò)程中造成系統(tǒng)工作電源電壓畸變，干擾單片機(jī)正常運(yùn)行。4）系統(tǒng)傳感器信號(hào)太微弱容易造成干擾誤差：微弱傳感器模擬信號(hào)需要高倍放大的電路和高精度a/d變換電路，受到內(nèi)外干擾后數(shù)據(jù)采集出現(xiàn)大的誤差。
1.2 干擾信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)的耦合途徑
1）傳導(dǎo)耦合：通過(guò)導(dǎo)體（導(dǎo)線）將噪聲耦合進(jìn)電路中。最典型的例子是噪聲通過(guò)電源線傳入電路。2）公共阻抗耦合：來(lái)自不同電路的電流流經(jīng)一個(gè)公共阻抗時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生公共阻抗噪聲耦合。3）電磁場(chǎng)耦合：只要電荷發(fā)生移動(dòng)，所有的電路元件、導(dǎo)線都會(huì)輻射電磁場(chǎng)，存在來(lái)自發(fā)射源的輻射。近場(chǎng)時(shí)，分別考慮電場(chǎng)和磁場(chǎng)；遠(yuǎn)場(chǎng)時(shí)，電磁聯(lián)合輻射。4）電容耦合：噪聲源與擾電路之間存在著電容通路。顯然，這種電容一般不是人為加上的，而是二者之間的分布電容。干擾脈沖或其他高頻干擾會(huì)經(jīng)過(guò)分布電容耦合到電子線路中。5）電磁耦合：由于兩電路之間存在互感而產(chǎn)生的，一個(gè)電路中電流的改變引起磁交鏈而耦合到另一電路。 6）共地阻抗耦合：干擾源在零線接到上產(chǎn)生的壓降被接收電路接收。
2 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的抗干擾的研究
2.1 系統(tǒng)電源抗干擾措施
1）選用供電比較穩(wěn)定的進(jìn)線電源，單片機(jī)控制系統(tǒng)的電源進(jìn)線選用比較穩(wěn)定的交流電源線，不將控制系統(tǒng)接到負(fù)載變化大、晶閘管設(shè)備多或者有高頻設(shè)備的電源上。2）利用干擾抑制器消除尖峰干擾。3）為了抑制電網(wǎng)電壓的波動(dòng)采用交流穩(wěn)壓器穩(wěn)定電網(wǎng)電壓。提高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，低通濾波器是為了濾除電網(wǎng)中混雜的高頻干擾信號(hào)，保證50hz基波通過(guò)。4）利用ups保證不中斷供電。電網(wǎng)瞬間斷電或電壓突然下降等掉電事件會(huì)使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)陷入混亂狀態(tài)，對(duì)于精度要求高的單片機(jī)控制系統(tǒng)，采用ups向系統(tǒng)供電，如果交流供電中斷，系統(tǒng)中的斷電傳感器檢測(cè)到斷電后就會(huì)將供電通路切換到電池組，從而保證流入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的電流不因停電而中斷。逆變器能把電池直流電壓逆變到正常電壓頻率和幅度的交流電壓，具有穩(wěn)壓和穩(wěn)頻的雙重功能，提高了供電質(zhì)量。5）為了進(jìn)一步抑制來(lái)自于電源方面的干擾，在直流電源側(cè)也要采用相應(yīng)的抗干擾措施。交流電源變壓器的屏蔽，把高壓交流變成低壓直流的簡(jiǎn)單方法是用交流電源變壓器。將電源變壓器的一、二次繞組分別加以屏蔽，一次繞組屏蔽層與鐵心同時(shí)接地。
2.2 系統(tǒng)串模干擾的抑制
1）雙絞線做信號(hào)引線，雙絞線是由兩根互相絕緣的導(dǎo)線扭絞纏繞組成，為了增強(qiáng)抗干擾能力，可在雙絞線的外面加金屬編織物或護(hù)套形成屏蔽雙絞線。2）引入濾波電路。根據(jù)串模干擾頻率與被測(cè)信號(hào)頻率的分布特性，可以選用具有低通、高通、帶通等濾波器。其中，如果干擾頻率比被測(cè)信號(hào)頻率高，則選用低通濾波器；如果干擾頻率比被測(cè)信號(hào)頻率低，則選用高通濾波器；如果干擾頻率落在被測(cè)信號(hào)頻率的兩側(cè)時(shí)，則需用帶通濾波器。
2.3 系統(tǒng)共模干擾的抑
1）變壓器隔離，利用變壓器把現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)源的地與計(jì)算機(jī)的地隔離開來(lái)，也就是把“模擬地”與“數(shù)字地”斷開。被測(cè)信號(hào)通過(guò)變壓器耦合獲得通路，而共模干擾電壓由于不成回路而得到有效的抑制。 2）光電隔離，利用光耦隔離器的開關(guān)特性，可傳送數(shù)字信號(hào)而隔離電磁干擾，即在數(shù)字信號(hào)通道中進(jìn)行隔離。開關(guān)量輸入信號(hào)調(diào)理電路中，光耦隔離器不僅把開關(guān)狀態(tài)送至主機(jī)數(shù)據(jù)口，而且實(shí)現(xiàn)了外部與計(jì)算機(jī)的完全電隔離。
2.4 接地系統(tǒng)的抗干擾
1）單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地，根據(jù)接地理論分析，低頻電路應(yīng)單點(diǎn)接地，這主要是避免形成產(chǎn)生干擾的地環(huán)路；高頻電路應(yīng)該就近多點(diǎn)接地，這主要是避免“長(zhǎng)線傳輸”引入的干擾。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)頻率低于1mhz時(shí)，采用單點(diǎn)接地方式為好；當(dāng)頻率高于10mhz時(shí)，采用多點(diǎn)接地方式為好；而在1～10mhz之間，如果采用單點(diǎn)接地，其地線長(zhǎng)度不得超過(guò)波長(zhǎng)的1/20，否則應(yīng)采用多點(diǎn)接地方式。本單片機(jī)控制系統(tǒng)，信號(hào)頻率大多小于1mhz，所以通常采用單點(diǎn)接地方式。2）輸入系統(tǒng)的接地，在計(jì)算機(jī)控制輸入系統(tǒng)中，傳感器、變送器和放大器通常采用屏蔽罩，而信號(hào)的傳送往往使用屏蔽線。對(duì)于屏蔽層的接地也應(yīng)遵守單點(diǎn)接地原則。這樣單點(diǎn)接地是為了避免在屏蔽層與地之間的回路電流，從而通過(guò)屏蔽層與信號(hào)線間的電容產(chǎn)生對(duì)信號(hào)線的干擾。一般輸入信號(hào)比較小，而模擬信號(hào)又容易接受干擾。因此，對(duì)輸入系統(tǒng)的接地和屏蔽應(yīng)格外重視。3）印制線路板的地線抗干擾措施，系統(tǒng)的ttl與cmos器件的地線要呈輻射狀，不形成環(huán)形。地線越加寬越好。旁路電容的地線不能長(zhǎng)，應(yīng)盡量縮短。4）大電流的零電位地線應(yīng)盡量寬，而且必須和小信號(hào)的地分開。5）主機(jī)外殼接地，機(jī)芯浮空，為了提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的抗干擾能力，將主機(jī)外殼作為屏蔽罩接地，抗干擾能力強(qiáng)。
3 結(jié)論
由于對(duì)at89c51單片機(jī)控制的電爐烤箱溫度控制系統(tǒng)的抗干擾問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，并且根據(jù)本溫度控制系統(tǒng)的實(shí)際工作環(huán)境進(jìn)行了清晰分析，制定出一套完整的抗干擾設(shè)計(jì)，保證了系統(tǒng)硬件和程序的可靠運(yùn)行，電爐烤箱溫度控制的精度和穩(wěn)定性達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求，所以，本抗干擾設(shè)計(jì)在單片機(jī)控制方面有一定的應(yīng)用前景。
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