基于C8O51F04O單片機的溫度遙測遙控系統(tǒng)

2 硬件設(shè)計
系統(tǒng)硬件主要由C8051F040單片機最小系統(tǒng)、PTR2000無線通信模塊、TCA785移相調(diào)壓控制模塊、Ptl00測溫模塊、WDK505測液位模塊等組成。
2．1 C8051F040單片機最小系統(tǒng)
最小系統(tǒng)以單片機C8051F04O為核心，包括晶體振蕩電路、復(fù)位電路、抗干擾電路、電壓基準(zhǔn)電路和電源部分。C805lF040單片機是美國Cygnal公司生產(chǎn)的完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯SoC。它具有64kB Flash、4352BRAM、CAN控制器2．0、兩個串行接口、5個16位定時器、12位A／D轉(zhuǎn)換器、8位A／D轉(zhuǎn)換器及12位D／A轉(zhuǎn)換器等，它內(nèi)部還帶有JTAG接口，使調(diào)試變得非常方便。
2．2 PTR2000無線通信模塊
該器件將接收和發(fā)射合接為一體，工作頻率為國際通用的數(shù)傳頻段433MHz；采用FSK調(diào)制／解調(diào)，可直接進入數(shù)據(jù)輸入／輸出，抗干擾能力強。該模板塊在內(nèi)部集成了高頻接收、PLL合成、FSK調(diào)制／解調(diào)、參量放大、功率放大、頻道切換等功能。通信距離可以滿足設(shè)計要求，設(shè)計電路中將PTR2000的一部分通過MAX232進行電平轉(zhuǎn)換后與計算機串口連接，另一部分與最小系統(tǒng)連接。
2. 3 TCA 785移相調(diào)壓控制模塊
加熱模塊采用移相觸發(fā)集成觸發(fā)器來實現(xiàn)。觸發(fā)器TCA785過零點的識別能力高，移相范圍更寬，輸出脈沖的整齊度更好，可使受控元件在0V到220V無級改變，常用于對精度要求高，受控環(huán)境惡劣的條件下。移相觸發(fā)是通過改變電壓調(diào)節(jié)導(dǎo)通角來實現(xiàn)調(diào)壓，負載兩端的電壓及平均功率是隨移相觸發(fā)角的變化而變化的。在可控硅的每個正或負的周期中都有保持通、斷的部分，即輸出連續(xù)可調(diào)，能適應(yīng)各種性質(zhì)的負載。本系統(tǒng)為加熱單元設(shè)置了總控開關(guān)，上位機可直接控制開關(guān)的通斷，用燈泡顯示開關(guān)狀態(tài)。其控制原理圖見圖2。

2．4 Ptl00測溫模塊
Ptl00溫度傳感器為正溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器，具有抗振動、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點。鉑熱電阻的線性較好，在0到100℃之間變化時，最大非線性偏差小于0．5℃。鉑熱電阻阻值與溫度關(guān)系為：

式中，A=0．00390802；B=-0．000000580；其阻值表達式可近似簡化為：Rpt00=100×(1+At)，當(dāng)溫度變化1℃，Ptl00阻值近似變化0．39 Ω。
2．5 WDK505測液位模塊
采用WDK505壓力變送器測量液位。該儀器具有防結(jié)露、防雷擊設(shè)計，抗干擾能力強，長期穩(wěn)定性好等優(yōu)點。芯片置于全不銹鋼殼體內(nèi)堅固密封，可靠性好，精度高。

3 軟件設(shè)計
此系統(tǒng)的主要任務(wù)是對C8051F040芯片的初始化和各種參數(shù)的設(shè)置和通信，并顯示。重點是超調(diào)量控制、溫度控制PID實現(xiàn)以及上位機軟件的編寫。
3．1 超調(diào)量控制
實驗表明，水溫控制系統(tǒng)中，采用一般的控制始終具有較大的超調(diào)，只能靠自然冷卻，這就使得調(diào)節(jié)時間大大延長。因此，在水溫控制系統(tǒng)中要縮短調(diào)節(jié)時間，就必須做到基本無超調(diào)。通過反復(fù)實驗，采用在程序中加入PID算法以及模糊控制方法進行溫度控制。實踐證明，這種控制方式可以加快系統(tǒng)階躍響應(yīng)，減小超調(diào)量，并且具有較高的溫度控制精度。
3．2 上位機軟件
上位機軟件利用VC++編寫，可以設(shè)置2個通道的上、下限溫度和液位，以及溫度和液位的實時顯示和溫度隨時間變化曲線。上位機軟件可以打印溫度曲線，可以全圖打印，也可以局部打印，還可以隨時查看歷史數(shù)據(jù)。其界面如圖3所示。