「基于MCS51单片机温度控制系统」.pdf

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1、CS51 单片机温度控制系统 在现代化的工业生产中,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。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中,人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用C-51 单片机来对温度进行控制,不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此,单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。本文以它为例进行介绍，希望能收到举一反三和触类旁通的效果。1 硬件电路设计 以热电偶为检测元件的单片机温度控制系统电

2、路原理图如图所示。11 温度检测和变送器 温度检测元件和变送器的类型选择与被控温度的范围和精度等级有关。镍铬/镍铝热电偶适用于 0-00的温度检测范围，相应输出电压为mV-4.32mV。变送器由毫伏变送器和电流/电压变送器组成：毫伏变送器用于把热电偶输出的mV-1.32mV 变换成 40mA 的电流；电流电压变送器用于把毫伏变送器输出的 4m-20mA 电流变换成 0-5的电压。为了提高测量精度,变送器可以进行零点迁移。例如：若温度测量范围为 500-10,则热电偶输出为 20 mV-1.3V,毫伏变送器零点迁移后输出 4-2mA 范围电流。这样，采用 8 位 A/D 转换器就可使量化温度达到

3、 19以内。1.2 接口电路 接口电路采用CS-5系列单片机 801，外围扩展并行接口15,程序存储器 EPR264,模数转换器 AC080等芯片。由图 1 可见,在2.0=0 和 P.=0 时，855 选中它内部的RM 工作；在 P2.01 和 P2.1=0 时，15 选中它内部的三个 I/O端口工作。相应的地址分配为:00H-0FF 855 内部RAM0010H 命令/状态口0101 H A 口 12H 口 010H C 口 04H 定时器低位口0105 H 定时器高位口 8155 用作键盘/L显示器接口电路。图 2 中键盘有 30 个按键,分成六行(0-L5）五列（R0-R4），只要某键

4、被按下，相应的行线和列线才会接通。图中 3个按键分三类:一是数字键 0,共10 个；二是功能键 1个;三是剩余两个键，可定义或设置成复位键等。为了减少硬件开销,提高系统可靠性和降低成本,采用动态扫描显示。口和所有 LED 的八段引线相连,各 LED 的控制端 G 和 8155C 口相连，故 A 口为字形口，C 口为字位口,031 可以通过口控制 LED是否点亮,通过口显示字符。图 1 单片机温度控制系统电路原理图 图 2 8155 用作键盘/E显示器接口电路 47 是8K R型器件。81 的 PSEN 和74 的 O相连,P25和E相连,所以274的地址空间为:000H-1FFFH,AC080

5、9的通道（IN0 其他输入端可作备用)和变送器的输出端相连,所以从通道（IN0）上输入的 0-5V 范围的模拟电压经 A转换后可由 8031 通过程序从 P口输入到它的内部 RA单元，在2.=0和 WR0 时，8031 可使 ALE 和TRT 变为高电平而启动 ADC工作；在 P.=0 和 RD0 时,803可以从0809 接收 A/转换后的数字量。也就是说 ADC009 可以视为 801 的一个外部AM 单元,地址为 038H（地址重复范围很大），因此，831 执行如下程序可以启动 AD0809 工作。MV DPTR，#03FHMOV DPR,A若 8031 执行下列程序：MOV DPTR,

6、#3HMOX A，DPTR则可以从 AC0809 输入 A/转换后的数字量。1.3 温度控制电路 8031对温度的控制是通过双向可控硅实现的。如图一所示,双向可控硅管和加热丝串接在交流 220、5Hz 市电回路。在给定周期内，8031 只要改变可控硅管的接通时间即可改变加热丝的功率,以达到调节温度的目的。可控硅接通时间可以通过可控硅控制极上触发脉冲控制。该触发脉冲由1 用软件在 P1.3 引脚上产生,在过零同步脉冲同步后经光电耦合管和驱动器输出送到可控硅的控制极上。3.温度控制的算法和程序框图 图3 主程序框图 3.温度控制算法 通常,电阻炉炉温控制都采用偏差控制法。偏差控制的原理是先求出实测炉温对所需炉温的偏差值,然后对偏差值处理获得控制信号去调节电阻炉的加热功率,以实现对炉温的控制。在工业上,偏差控制又称 PID 控制,这是工业控制过程中应用最广泛的一种控制形式，一般都能收到令人满意的效果。32 温度控制程序框图 温度控制程序的设计应考虑如下：1)键盘扫描、键码识别和温度显示；2)炉温采样、数字滤波;3)数据