一種基于單片機(jī)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在工業(yè)控制領(lǐng)域，溫度控制的應(yīng)用非常廣泛，控制精度的高低直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量及使用壽命，研究和設(shè)計(jì)高性能的溫度控制系統(tǒng)具有非常重要的意義。目前控制算法的多樣化也為溫度控制提供了便利條件，應(yīng)用較為普遍的有比例積分微分(PID)控制、模糊控制等。本文根據(jù)某溫控設(shè)備的控制要求設(shè)計(jì)了一種以單片機(jī)為核心的監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)采用熱電偶溫度傳感器測(cè)溫，利用位置式PID算法，實(shí)現(xiàn)了溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、超限報(bào)警、顯示與控制等功能。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)主要由熱電偶溫度傳感器、OP27低噪聲精密運(yùn)算放大器、雙積分型A／D轉(zhuǎn)換器ICL7135、可編程定時(shí)／計(jì)數(shù)接口芯片8253、AT89C51單片機(jī)等器件組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

1．1 電源模塊
電源模塊分模擬電源和數(shù)字電源兩大部分，分別對(duì)本機(jī)的模擬電路和數(shù)字電路供電，地線各自獨(dú)立，按A／D轉(zhuǎn)換器的要求只在A／D轉(zhuǎn)換器處將模擬地和數(shù)字地相連。數(shù)字電源和模擬電源都采用三端穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓，在個(gè)別要求電源精度較高的場(chǎng)合選用低溫漂穩(wěn)壓二極管進(jìn)行二級(jí)穩(wěn)壓。
1．2 溫度采集模塊
溫度數(shù)據(jù)采集模塊以熱電偶溫度傳感器為核心部件，將溫度變化量轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)精密運(yùn)算放大器OP27進(jìn)行放大，放大后的電壓信號(hào)輸出到ICL7135雙積分型A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換。A／D轉(zhuǎn)換后，往往要進(jìn)行相應(yīng)的換算，得到系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)。之后將數(shù)據(jù)送往單片機(jī)，此信號(hào)一部分送往顯示模塊，以提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的顯示；另一部分送往控制模塊，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與目標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)比，繼而進(jìn)行控制。圖中采用8253接口電路是為系統(tǒng)升級(jí)為具有多路溫度檢測(cè)控制功能而設(shè)置的。
1．3 輸出控制
輸出控制電路主要包括驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行兩部分。可用達(dá)林頓陣列ULN2003來(lái)作驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而控制交流固態(tài)繼電器(AC-SSR)中的雙向可控硅的關(guān)斷和導(dǎo)通，以便切斷或接通加熱電源。原理是采用雙向可控硅交流“調(diào)功”方式控制加熱電熱絲發(fā)熱量，即在每一個(gè)控制周期時(shí)間內(nèi)，改變加在電熱負(fù)載上交流電壓半波的個(gè)數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)電熱絲的發(fā)熱量。