淺論單片機(jī)在溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用

一、單片機(jī)在貯液容器溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用
　　該系統(tǒng)中以貯液容器溫度為被控參數(shù)，蒸汽流量為控制參數(shù)，輸入貯液容器冷物料的初溫為前饋控制，構(gòu)成前饋一反饋控制系統(tǒng)。發(fā)揮前饋控制和反饋控制的各自優(yōu)勢(shì)，將可測(cè)而不可控的干擾由前饋控制克服，其他干擾由反饋控制克服，從而達(dá)到控制貯液容器溫度。滿足工藝要求的目的。
　?。ㄒ唬┯布O(shè)計(jì)。選單片機(jī)AT89C51為主機(jī)，配以兩路傳感變送器、多路開關(guān)、A／D轉(zhuǎn)換器、D／A轉(zhuǎn)換器、V／I轉(zhuǎn)換器、調(diào)節(jié)閥等實(shí)現(xiàn)對(duì)貯液容器溫度的自動(dòng)控制，同時(shí)還設(shè)有報(bào)警電路、鍵盤和顯示電路。系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)，貯液容器的溫度恒定在工藝要求的數(shù)值不變。當(dāng)冷物料的初始溫度與其設(shè)定值相比發(fā)生變化時(shí)，如果變化很小，將完全由前饋控制來克服這一變化給系統(tǒng)帶來的影響；如果變化大，前饋控制不能完全克服這一變化給系統(tǒng)帶來的影響，反饋控制則開始動(dòng)作。當(dāng)冷物料的初始溫度不變，而由其他干擾引起貯液容器的溫度發(fā)生變化時(shí)，只有反饋控制動(dòng)作，最終使系統(tǒng)重新達(dá)到穩(wěn)態(tài)。
1．前向通道的設(shè)計(jì)
　　采用JUMU90系列的溫度傳感變送器，其輸入范圍為：0℃～500℃，輸出為4mA～20mA（DC），測(cè)量精度為0.5％．選用10位逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換芯片AD571[2]，接收到有效的CONVERT命令后，內(nèi)部的逐次逼近寄存器從最高位開始順次經(jīng)電流輸出的DAC在比較器上與模擬量經(jīng)5k8電阻所產(chǎn)生的電流相比較。檢測(cè)完所有位后，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)（低電平有效），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)。
2．后向通道的設(shè)計(jì)
　?。?）D／A轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)。為了滿足系統(tǒng)的精度要求，選用10位的D／A轉(zhuǎn)換器DAC1020。由于其內(nèi)部不帶有鎖存器，所以必須通過I／O口才能與AT89C51單片機(jī)連接，又由于AT89C51的字長(zhǎng)是8位的，一次操作只能傳輸8位數(shù)據(jù)．因此AT89C51必須進(jìn)行兩次操作才能把一個(gè)完整的10位數(shù)據(jù)送到AC1020。為了使10位數(shù)據(jù)能夠同時(shí)送人DAC1020，避免輸出電壓波形出現(xiàn)毛刺現(xiàn)象，故必須采用雙緩沖器方式。AT89C51先把高2位數(shù)據(jù)輸出到74LS74（1），接著把低8位數(shù)據(jù)輸出到74LS377，與此同時(shí)74LS377的片選信號(hào)也作為74LS74（2）的時(shí)鐘脈沖，把74IS74（1）的內(nèi)容打人74LS74（2）中，從而使一個(gè)完整的數(shù)據(jù)同時(shí)到達(dá)DAC1020的數(shù)據(jù)輸入端．這樣就消除了DAC輸出端的毛刺現(xiàn)象。
　?。?）執(zhí)行器及調(diào)理電路的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)中選用的是ZMAN16BG，ZGICr18Ni9Ti型號(hào)的對(duì)數(shù)流量特性的調(diào)節(jié)閥。閥的輸入信號(hào)為氣信號(hào)，而D／A轉(zhuǎn)換器的輸出為Ov～5V的電壓信號(hào)．所以在D／A轉(zhuǎn)換器和調(diào)節(jié)閥之間要加一個(gè)V／I轉(zhuǎn)換器和一個(gè)電氣閥門定位器，將0v～5v的電壓信號(hào)先轉(zhuǎn)換成4mA～20mA的電流信號(hào)后，再將4mA～20mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成0．0.2MPa～0．1MPa的氣信號(hào)。使調(diào)節(jié)閥接收氣信號(hào)而工作。
　?。ǘ┸浖O(shè)計(jì)。經(jīng)分析，系統(tǒng)軟件可采用結(jié)構(gòu)化模塊程序設(shè)計(jì)，主要有系統(tǒng)主程序、看門狗中斷服務(wù)程序、鍵盤掃描子程序、顯示子程序、報(bào)警子程序、A／D轉(zhuǎn)換子程序、D／A轉(zhuǎn)換子程序、PID數(shù)據(jù)處理子程序、BCD碼轉(zhuǎn)換子程序。主程序開始后，先對(duì)單片機(jī)AT89C51和8155芯片進(jìn)行初始化，接下來是開中斷，調(diào)用鍵盤掃描子程序，選通多路模擬開關(guān)的1號(hào)通道，將采集的數(shù)據(jù)送人A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后傳入單片機(jī)。若溫度越限就報(bào)警處理，否則直接處理后送顯示，再選通多路模擬開關(guān)的2號(hào)通道，將采集的數(shù)據(jù)送人A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后送人單片機(jī)進(jìn)行總的運(yùn)算處理，輸出給D／A轉(zhuǎn)換器變成模擬信號(hào)去改變調(diào)節(jié)閥的開度。
二、單片機(jī)在汽車空調(diào)溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用
　?。ㄒ唬┯布到y(tǒng)。本系統(tǒng)選用ATMEL公司的AT89系列單片機(jī)中的AT89C52，AT89C52單片機(jī)是一種新型的低功耗、高性能且內(nèi)含8K字節(jié)閃電存儲(chǔ)器的8位CMOS微控制器，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS一51指令系列和引腳完全兼容。有超強(qiáng)的加密功能，其片內(nèi)閃電存儲(chǔ)器的編程與擦除完全用電實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)不易揮發(fā)，編程／擦除速度快。AT89C52芯片內(nèi)部有6個(gè)中斷源：兩個(gè)外部中斷INTO和INT1．三個(gè)定時(shí)器中斷（定時(shí)器0，1，2）和一個(gè)串行口中斷。在本系統(tǒng)中涉及到AT89C52芯片的中斷源有五個(gè)：分別是外部中斷INT1，定時(shí)／計(jì)數(shù)器T0，T1和T2以及串行口中斷。本測(cè)控系統(tǒng)采用電平激活方式，也即是INT1=0；一旦INT1引腳的采樣值為低電平，則TCON寄對(duì)于定時(shí)器TO和Tl，通過寄存器TMOD，TCON來控制和選擇定時(shí)／計(jì)數(shù)器的功能和操作模式。這些寄存器的內(nèi)容靠軟件設(shè)置，系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，寄存器的所有位都被清零。而T2的工作是靠對(duì)T2CON寄存器進(jìn)行軟件設(shè)置而定義的。本系統(tǒng)采用定時(shí)TO來計(jì)算車廂溫度采集的時(shí)間間隔，設(shè)置為工作方式1，即l6位計(jì)數(shù)定時(shí)方式：定時(shí)Tl作波特率發(fā)生器使用，選擇在工作方式2，即8位自動(dòng)加載方式；定時(shí)器T2用于確定混合風(fēng)門步進(jìn)電機(jī)輸入脈沖的頻率，設(shè)置位l6位常數(shù)自動(dòng)重裝人的工作方式。
　　當(dāng)采用12MHz的晶振時(shí)，計(jì)數(shù)速率為lMHz．微機(jī)串口通常采用RS232電平，而單片機(jī)串口是1TrL電平，二者不兼容。所以，接口必須做電平轉(zhuǎn)換處理。采用MAXIM公司的MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片。單片機(jī)串行口的TXD，RXD和GND經(jīng)電平轉(zhuǎn)換分別與微機(jī)的RXD，TXD和SG相連，MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片的第9，10引腳分別接單片機(jī)的l0和11引腳。DB9串口的第2，3引腳分別接MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片的7，8引腳。通過MAX232的TTL電平和RS232的輸入／輸出端口，自動(dòng)地調(diào)節(jié)了單片機(jī)串口的TTL電平信號(hào)和RS232的串行通信信號(hào)的電平匹配。數(shù)據(jù)發(fā)送是由一條寫發(fā)送寄存器（SBUF）的指令開始，隨后在串行口由硬件自動(dòng)加人起位和停止位，構(gòu)成一個(gè)完整的幀格式，然后在移位脈沖的作用下，由TXD端串行輸出。一個(gè)字符幀發(fā)送完后。使TXD輸出線維持在“1”狀態(tài)下，并將串行控制寄存器SCON的TI位置“1”，通知CPU可以接著發(fā)送下一個(gè)字符。
　　（二）軟件系統(tǒng)。轎車空調(diào)智能溫控系統(tǒng)的工作模式分為“正常運(yùn)行模式”、“軟關(guān)機(jī)模式”、“手動(dòng)控制模式”和“自動(dòng)控制模式”。系統(tǒng)上電時(shí)，軟件進(jìn)人上電自檢狀態(tài)，這時(shí)系統(tǒng)會(huì)首先從監(jiān)控芯片x25045讀入上次斷電前存人EEPROM的系統(tǒng)狀態(tài)信息，初始化各個(gè)中斷并恢復(fù)空調(diào)控制器到上次關(guān)機(jī)前狀態(tài)。經(jīng)過上電初始化，智能溫控系統(tǒng)會(huì)恢復(fù)到上次關(guān)機(jī)前的“正常運(yùn)行模式”。此時(shí)，通過溫度調(diào)節(jié)按鍵可以設(shè)定需要的溫度值，溫度傳感器定時(shí)檢測(cè)車廂溫度，顯示器顯示溫度設(shè)定值和溫度測(cè)量值，混合風(fēng)門的開度會(huì)根據(jù)溫差和溫差變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，溫控系統(tǒng)能夠與PC機(jī)通過串口通訊交換數(shù)據(jù)。按一下“ON／OFF”鍵，可使溫控系統(tǒng)進(jìn)入“軟關(guān)機(jī)模式”。此時(shí)，系統(tǒng)不能再進(jìn)行溫度檢測(cè)、溫度設(shè)定和串行通訊，顯示器熄滅，混合風(fēng)門步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。