基于智能控制技術(shù)的新型溫控系統(tǒng)的研究

圖4 過零檢測電路

晶閘管在正弦電壓過零點(diǎn)觸發(fā)導(dǎo)通。這樣負(fù)載上得到的電壓為一正弦波，電壓每次過零時，晶閘管是否導(dǎo)通是可控的。因而這種方式避免了調(diào)壓方式缺點(diǎn)，且晶閘管導(dǎo)通功耗小，運(yùn)行可靠。調(diào)功方式輸入電阻爐的平均功率為:

在(5)式中，P為輸入電阻爐的功率;R為負(fù)載有效電阻;U為電網(wǎng)電壓:n為允許導(dǎo)通的波頭數(shù)，N為設(shè)定的波頭數(shù)。

5 單片機(jī)接口電路的設(shè)計(jì)

5.1 微處理器的選擇與A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用工業(yè)級全集成混合信號在片系統(tǒng)單片機(jī)系列中功能比較齊全的C8051F020微處理器，在片系統(tǒng)SOC(System On Chip)是一個全新的概念，是隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展。集成度越來越高，對嵌入式控制技術(shù)的可靠性要求越來越高而產(chǎn)生的。雖然C8051F020自帶了A/D轉(zhuǎn)換器，但卻滿足不了式鉑電阻的線性校正的要求。所以在鉑電阻測溫電路線性設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)中，采用了4位半雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135。ICL7135每一個轉(zhuǎn)換周期分為三個階段:自動調(diào)零階段、被測電壓積分階段、對基準(zhǔn)電壓UREF進(jìn)行反積分階段。

處理器C8051F020的時鐘采用12MHz晶體，在不執(zhí)行MOVX指令的情況下，ALE是穩(wěn)定的2MHz頻率，經(jīng)過4分頻可得到500kHz的穩(wěn)定頻率，傳給ICL7135時鐘輸入端，則ICL7135的滿量程要求為19999,POL信號用來指示輸入電壓的極性。ICL7135在A/D轉(zhuǎn)換階段，狀態(tài)輸出引腳BUSY為高電平，指明A/D轉(zhuǎn)換器正處在信號積分和反積分階段，這個高電平一直持續(xù)到消除積分階段結(jié)束。在微控制器C8051F020中，利用BUSY作為計(jì)數(shù)器門控信號，在定時器方式寄存器TMOD中，置T1的門控位GATE為1，利用BUSY作為計(jì)數(shù)器門控信號，T1計(jì)數(shù)將受BUSY控制。控制計(jì)數(shù)器只能在BUSY為高電平時計(jì)數(shù)，那么輸入的信號值為A/D轉(zhuǎn)換值=BUSY高電平期間內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值-10001。

5.2 其他功能模塊的介紹

1、電源模塊

因?yàn)橄到y(tǒng)單片機(jī)的工作電壓范圍是2.7~3.6V，典型值為3V，本系統(tǒng)單片機(jī)及存儲器選用3.3 V供電，但目前很多基于8051的設(shè)計(jì)都用5V供電，很多外部設(shè)備也是采用5V電壓供電，采用電池供電又存在電壓不穩(wěn)定的狀態(tài)，因此必須選擇合適的電源使之滿足要求。所以臺灣明偉公司生產(chǎn)的開關(guān)電源，有±5V輸出，供給需5V電源工作的模塊，再5V電壓經(jīng)過穩(wěn)壓濾波后得到3.3 V電壓給單片機(jī)C8051F020供電。另外，因?yàn)?C8051F020的I/O均可支持5V電壓輸入，固其與其他模塊電路接口由加5V電源的上拉電阻的電路組成。如圖5所示。

圖5 處理器電源電路

2、時鐘芯片DS 12887

在系統(tǒng)中通過讀取DS 12887寄存器中的實(shí)時時間值，送入LCD顯示，另外，因?yàn)镈S 12887有114字節(jié)為非易失靜態(tài)RAM，其由內(nèi)部電池供電，能保證十年不丟失，因此可用來存儲重要的設(shè)定參數(shù)。

3、液晶顯示模塊

人機(jī)接口模塊是用戶與控制器交互的橋梁，主要由鍵盤和顯示器組成。鍵盤實(shí)現(xiàn)對控制器參數(shù)的修改;顯示器用來顯示系統(tǒng)的各參數(shù)以及系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。點(diǎn)陣式LCD是新一代液晶顯示，可以通過液晶點(diǎn)陣的組合來顯示大量字符，顯示信息量很大。雖然它內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但已經(jīng)做成顯示模塊，只需對這種點(diǎn)陣式液晶模塊進(jìn)行控制，使用起來非常方便，本控制器使用的是內(nèi)置T6963驅(qū)動器的TURLY M12864點(diǎn)陣式液晶屏。通過液晶屏可以直觀地顯示出系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)定溫度以及當(dāng)前檢測到的溫度。

4、鍵盤接口

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，鍵盤接口采用4×4行列式矩陣鍵盤接口，采用查詢掃描的方式進(jìn)行工作，行線和列線分別采用4根數(shù)據(jù)線。鍵盤有16個鍵，其中有0~9共10個數(shù)字鍵;上下左右，四個方向鍵;一個ENTER確定鍵，一個CANCEL取消鍵。

6 結(jié) 論

本文介紹了新型溫控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)。首先設(shè)計(jì)了系統(tǒng)用的傳感器鉑熱電阻及其調(diào)理電路，這是系統(tǒng)的模擬電路部分，也是控制信息的源頭，為本溫度控制系統(tǒng)提供了溫度電信號。然后把溫度電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入微控制器C8051F020中，通過微控制器及其接口電路，實(shí)現(xiàn)對溫度信號的顯示、判斷、決策及控制。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn):

通過可控硅調(diào)功對被控對象電阻爐的加熱，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對被控對象電阻爐的溫度控制，以達(dá)到系統(tǒng)所要求的精度。