基于單片機(jī)的溫度測(cè)控系統(tǒng)

摘要：本次設(shè)計(jì)的溫度測(cè)控系統(tǒng)采用MCS-51系列單片機(jī)中的STC89C58作為微處理器，使用集成溫度傳感器AD-590采集溫度信息，光電耦合雙向晶閘管為驅(qū)動(dòng)電路，可精確地采集環(huán)境溫度信息，穩(wěn)定性高，抗干擾性強(qiáng)。接受信息后處理器可快速地作出反應(yīng)，導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。本文從硬件和軟件兩方面介紹了MCS-51單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，對(duì)硬件原理圖和程序框圖作了簡(jiǎn)捷的描述。

關(guān)鍵詞：MCS-51單片機(jī);溫度檢測(cè);溫度控制;溫度傳感器

溫度是工業(yè)控制中主要的被控參數(shù)之一，特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用。隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，微機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)具有處理能力強(qiáng)、運(yùn)行速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用在溫度測(cè)量與控制方面，控制簡(jiǎn)單方便，測(cè)量范圍廣，精度較高。本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)作為核心進(jìn)行控制。單片機(jī)具有集成度高，通用性好，功能強(qiáng)，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字、智能化方面有廣泛的用途。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的要求及軟硬件功能的劃分，初步確定應(yīng)用系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

利用溫度傳感器AD590可以直接瀆取被測(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換的特性，模擬溫度值經(jīng)過ADC0809處理后轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，然后送到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并與設(shè)置的溫度報(bào)警限比較，超過限度后通過揚(yáng)聲器報(bào)警。同時(shí)處理后的數(shù)據(jù)送到LCD中顯示。

1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1.1 微處理器選擇和主機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于本設(shè)計(jì)對(duì)控制精度要求不高，控制功能一般，故選擇常用的MSC-51系列單片機(jī)中的STC89C58作為微處理器。片外程序存儲(chǔ)器選用2732，容量為4 k×8位。因采集和處理的數(shù)據(jù)不多且不需要保留，估計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用片內(nèi)的即能滿足要求。其中，硬件元器件STC89C58有40條引腳，有兩條專門用于電源的引腳，兩條外接晶振的引腳，四條控制或與其他電源復(fù)用的引腳，32條L/O引腳。

1.1.2 輸入通道設(shè)計(jì)

輸入通道只有一個(gè)，包括溫度傳感器、放大器和A/D轉(zhuǎn)換器三部分。本次設(shè)計(jì)的溫度檢測(cè)范圍屬于低溫，適用于低溫的檢測(cè)元件有熱電偶、熱敏電阻、集成溫度傳感器等。

1)這里采用集成溫度傳感器AD590。這種傳感器是一個(gè)雙端元件，其工作溫度范圍為-55℃～+150℃，要求工作電源為直流+4 V～+30 V。它能把溫度信號(hào)變?yōu)榕c絕對(duì)溫度成比例的電流信號(hào)，比例因子為1 μA/K。其穩(wěn)定性高，線形度好，測(cè)溫誤差有±1、±0.5、±0.3幾種等級(jí)。

AD590本身產(chǎn)生的電流信號(hào)，通過運(yùn)算放大器TD07對(duì)電流做加法運(yùn)算。在運(yùn)放輸出端可得到合適的電壓信號(hào)，作為A/D轉(zhuǎn)換的輸入。電阻RP1、RP2的選擇原則是使運(yùn)放輸出電壓為0;當(dāng)溫度為60℃時(shí)，調(diào)節(jié)RP2使運(yùn)放輸出電壓為4.69 V。如果0℃不能實(shí)現(xiàn)，也可以在另外一個(gè)溫度點(diǎn)上(如室溫)來調(diào)整。0 V和4.69 V經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量為00H和F0H(240)，這樣對(duì)應(yīng)1℃的數(shù)字量為04H，便于進(jìn)行溫度的標(biāo)度變換。

AD590是電流型溫度傳感器，通過對(duì)電流的測(cè)量可得到所需要的溫度值。根據(jù)特性分擋，AD590的后綴以I，J，K，L，M表示。AD590L，AD 590M一般用于精密溫度測(cè)量電路，它采用金屬殼3腳封裝，其中1腳為電源正端V+;2腳為電流輸出端IO;3腳為管殼，一般不用。

AD590的工作原理是在被測(cè)溫度一定時(shí)，AD590相當(dāng)于一個(gè)恒流源，把它和5～30 V的直流電源相連，并在輸出端串接一個(gè)1 kΩ的恒值電阻，那么，此電阻上流過的電流將和被測(cè)溫度成正比，此時(shí)電阻兩端將會(huì)有1 mV/K的電壓信號(hào)。

2)本系統(tǒng)的運(yùn)算放大器采用TD07。TD07高精度運(yùn)算放大器具有極低的輸入失調(diào)電壓，極低的失調(diào)電壓溫漂，非常低的輸入噪聲電壓幅度及長期穩(wěn)定等特點(diǎn)。可廣泛應(yīng)用于穩(wěn)定積分、精密絕對(duì)值電路、比較器及微弱信號(hào)的精確放大，尤其適應(yīng)于宇航、軍工及要求微型化、高可靠的精密儀器儀表中。

3)本系統(tǒng)的AD轉(zhuǎn)換芯片采用ADC0809。ADC0808是精度為8位的CMOS器件，不僅包括一個(gè)8位的逐次逼近型的ADC部分，而且還提供一個(gè)8通道的模擬多路開關(guān)和通道尋址邏輯，因而有理由把它作為簡(jiǎn)單的“數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”。利用它可直接輸入8個(gè)單端的模擬信號(hào)分時(shí)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。

1.1.3 輸出通道設(shè)計(jì)

輸出通道有3條，分別控制3臺(tái)電爐通電和斷電。這是3條具有相同結(jié)構(gòu)的開關(guān)量輸出通道，擬采用前面介紹的光電耦合雙向晶閘管驅(qū)動(dòng)電路。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 軟件總體設(shè)計(jì)

應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)采用中斷方式，由定時(shí)器發(fā)出定時(shí)中斷申請(qǐng)。主程序進(jìn)行系統(tǒng)初始化，包括定時(shí)器、I/O口和中斷系統(tǒng)的初始化，等待定時(shí)中斷。在中斷服務(wù)程序中，先判斷是否到30 s。若不到30s，則返回;若到30s，進(jìn)行以下操作：撥盤設(shè)定值檢測(cè)、溫度檢測(cè)、標(biāo)度變換、溫度顯示和溫度控制，并根據(jù)溫度檢測(cè)值決定是否報(bào)警。

在應(yīng)用程序總體結(jié)構(gòu)中，將以下6個(gè)功能程序作為模塊程序：溫度設(shè)定輸入、溫度檢測(cè)、溫度值標(biāo)度變換、溫度顯示、溫度控制和報(bào)警程序模塊。

2.2 程序模塊設(shè)計(jì)

下面說明溫度檢測(cè)和溫度控制這兩個(gè)模塊的程序設(shè)計(jì)。

1)溫度檢測(cè)程序模塊。溫度檢測(cè)程序的功能是連續(xù)進(jìn)行4次A/D轉(zhuǎn)換，求取轉(zhuǎn)換結(jié)果的平均值，存入內(nèi)部50 H單元，A/D轉(zhuǎn)換采用查詢方式。

2)溫度控制程序模塊。溫度控制程序的功能是將溫度實(shí)測(cè)值(存于50H)與設(shè)定值(存于51H)作比較，如測(cè)值高于設(shè)定值1℃(注意，此值小于要求誤差2℃，對(duì)應(yīng)的數(shù)字量為04H)，則關(guān)閉1臺(tái)電爐;如實(shí)測(cè)值低于設(shè)定值，則接通一臺(tái)電爐;否則不與調(diào)節(jié)。3臺(tái)電爐接通的順序是3#、2#、1#，這樣可以保持電爐的通斷具有相對(duì)穩(wěn)定性。

3)主程序和中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)。在定時(shí)中斷服務(wù)程序中，各功能程序都已模塊化，可直接調(diào)用。

先說明30 s定時(shí)的實(shí)現(xiàn)方法。當(dāng)振蕩頻率為6 MHz時(shí)，STC89C58內(nèi)部定時(shí)器的最大定時(shí)值為131 ms。要實(shí)現(xiàn)30 s定時(shí)，需要另外設(shè)置一軟件計(jì)數(shù)器?，F(xiàn)使定時(shí)器T0工作于方式1，定時(shí)時(shí)間為130 ms，則其時(shí)間常數(shù)為：

N=216-130*10-3*6*106/12=536=0218H

軟件計(jì)數(shù)器的初值=30、0.13≈E7H

主程序清單：

ORG 0000H

AJMP MAIN

ORG 000BH

AJMP T0INT//轉(zhuǎn)定時(shí)中斷服務(wù)程序

ORC 0030H