基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)研制

-.z第２３卷第２期電力學(xué)報(bào)Ｖ０１．２３Ｎｏ．２-.z２００８年４月文章-5ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＥＬＥＣＴＲＩＣＰＯＷＥＲＡｐｒ．２００８-.z基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)研制林建雄〔韓山師*學(xué)院物理與電子工程系，****５２１０４１〕-.z摘要：為解決舊式的控溫器所存在的溫度控制精度較差，控溫效果達(dá)不到要求等問題，提出-.z了一種利用ｐＰＤ７８１０單片機(jī)制作溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了調(diào)溫控制電路，采用ＰＩＤ溫度控制調(diào)節(jié)方式，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精細(xì)調(diào)節(jié)，并采用粗調(diào)及微調(diào)兩個(gè)溫度設(shè)定按鈕，能方便地進(jìn)展大*圍溫度設(shè)定，經(jīng)實(shí)踐證明控制效果很好，完全能滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的各類恒溫需要，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：肛ＰＤ７８ｌＯ單片機(jī)；溫度控制；過零檢測；移相觸發(fā)-.z中圖：ＴＰ３６８．１文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ｂ-.z溫度控制器是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的加熱控制設(shè)備，舊式的控溫器其控溫方式多數(shù)采用通斷控制方式，存在著溫度控制精度較差，控溫效果不佳，特別是當(dāng)被控溫度接近１Ｏｏｏ℃的高溫控制，更難到達(dá)高精度的要求。本課題設(shè)計(jì)了一種利用單片機(jī)芯片角增大，晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間減少，使電加熱器降低發(fā)熱量，當(dāng)檢測到實(shí)際溫度比設(shè)置溫度稍低時(shí)，則產(chǎn)生移相角減少，晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間增大，電加熱器溫度提高，經(jīng)過屢次反復(fù)檢測、調(diào)整，使實(shí)際溫度向設(shè)定溫度逼近。-.z構(gòu)成的調(diào)溫控制電路，其溫度控制方式采用ＰＩＤ調(diào)１．２系統(tǒng)的硬件構(gòu)成-.z節(jié)，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精細(xì)調(diào)節(jié)，能同時(shí)設(shè)計(jì)出粗調(diào)及微調(diào)兩個(gè)溫度設(shè)定按鈕，能方便地進(jìn)展大*圍溫度設(shè)定，控制效果很好，完全能滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的各類恒溫需要。１設(shè)計(jì)思想及系統(tǒng)構(gòu)造該溫度控制系統(tǒng)主要由下面幾個(gè)局部組成。即：由肛ＰＤ７８１０單片機(jī)及２７３２存儲(chǔ)器組成的單片機(jī)控制電路；由鉑銠熱電偶及運(yùn)算放大電路組成的溫度檢測電路；由晶閘管及負(fù)載電加熱器組成的輸出通道等三個(gè)局部組成。其原理圖見圖１。１．２．１單片機(jī)控制電路-.z１．１系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想在此控制電路中，肛ＰＤ７８１０單片機(jī)是整個(gè)電路-.z控溫系統(tǒng)是將負(fù)載的電加熱器看成是被控對(duì)象，溫度是控制量，控制時(shí)先設(shè)定溫度值，然后再對(duì)電加熱器的溫度進(jìn)展采樣，將采樣值與設(shè)定值進(jìn)展比擬，產(chǎn)生出偏差信號(hào)Ｅ〔，ｚ〕，再通過單片機(jī)的計(jì)算，求出電壓控制量Ｕ〔，ｚ〕并存放在存放單元之中，將這個(gè)電壓控制量經(jīng)程序變換成定時(shí)器的定時(shí)量，利用過零信號(hào)確定起始定時(shí)時(shí)間，在【，〔以〕的控制下定時(shí)器正常工作，一經(jīng)產(chǎn)生溫度溢出則請(qǐng)求中斷，利用中斷請(qǐng)示信號(hào)將一個(gè)高電平信號(hào)送到單片機(jī)的ＰＢ７端口，用于觸發(fā)晶閘管工作，由于Ｕ〔行〕的值不同，其移相角也不同，所以晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間也不同，對(duì)電加熱器的控制量也不一樣，當(dāng)采樣電路檢測到實(shí)際溫度比設(shè)定值稍高時(shí)，則經(jīng)單片機(jī)處理后，產(chǎn)生移相的關(guān)鍵器件，它既是運(yùn)算處理中心，又是控制中心，ｐＰＤ７８１０是日本電氣公司采用ＮＭＯＳ工藝生產(chǎn)的ＡＤ型單片機(jī)芯片，它是一種高性能的８ｂｉｔ機(jī)，具有尋址空間大，硬件構(gòu)造先進(jìn)，Ｉ／Ｏ接口功能較強(qiáng)等特點(diǎn)，弘ＰＤ７８１０的總線和Ｉｎｔｅｌ的８０８０系統(tǒng)總線兼容，系統(tǒng)的擴(kuò)展能力強(qiáng)。１．２．２溫度檢測電路溫度檢測元件采用鉑銠熱電偶，其溫度檢測*圍可到達(dá)１ｏｏｏ℃以上，不但測溫*圍廣，測溫精度高，而且線性度好。由熱電偶產(chǎn)生出來的ｍＶ級(jí)電壓，經(jīng)過運(yùn)算放大器放大成Ｏ～＋５Ｖ的電壓，再送入單片機(jī)的ＡＮ。端，利用肛ＰＤ７８１０的內(nèi)部Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器進(jìn)展轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再由單片機(jī)進(jìn)展運(yùn)算處理。-.z收稿日期：２００７—１２—１０作者簡介：林建雄〔１９５７一〕，男，****人，實(shí)驗(yàn)師．主要從事電子技術(shù)教學(xué)與研究，〔Ｅ—ｍａｉｌ〕１３１９２１１０１８７＠ｇｄｌ６５．ｃｏｍ萬方數(shù)據(jù)-.z第２期林建雄：基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)研制１０７-.z本系統(tǒng)的溫度設(shè)定電路主要由開關(guān)Ｋ和按鈕ＡＮｌ及ＡＮ２構(gòu)成，當(dāng)Ｋ關(guān)閉時(shí)，可進(jìn)展溫度設(shè)定操作，通過單片機(jī)檢測ＰＢ。、ＰＢ。的電平持續(xù)時(shí)間來進(jìn)展計(jì)數(shù)，確定溫度的設(shè)定值。-.z圈１硬件電路原理圈-.z當(dāng)按鈕ＡＮ。按下，使ＰＢ。為低電平，這時(shí)單片機(jī)將高速計(jì)數(shù)產(chǎn)生設(shè)定值的粗調(diào)值，當(dāng)按下ＡＮ。時(shí)則ＰＢ。為低電平，這時(shí)單片機(jī)將低速計(jì)數(shù)產(chǎn)生設(shè)定值的微調(diào)值，利用ＡＮ，和ＡＮ。能快速準(zhǔn)確地輸入設(shè)定值。同時(shí)設(shè)定結(jié)果都能通過顯示器進(jìn)展監(jiān)控。假設(shè)設(shè)定值出錯(cuò)，可按下復(fù)位按鈕ＡＮ。使單片機(jī)復(fù)位，重新設(shè)置。完成設(shè)定后，翻開Ｋ即能進(jìn)入控制狀態(tài)。Ｕ專專八八。-61：過零信號(hào)〕｛-.z在系統(tǒng)的控制下，實(shí)際溫度將快速向設(shè)定溫度逼近。Ｕ觸發(fā)脈沖〕過零過零過零-.z１．２．３輸出通道及過零檢測電路溫度控制系統(tǒng)的輸出通道主要由緩沖器，光電耦合器及晶閘管等組成，從單片機(jī)ＰＢ７的Ｉ／Ｏ線經(jīng)緩沖專岍廣］叫ｌ叫］-.z器后控制三極管Ｑ。的狀態(tài)，光電耦合器在三極管Ｑ，的作用下將信號(hào)耦合到三極管Ｑ：上，經(jīng)Ｑｚ放大后對(duì)晶閘管Ｔ進(jìn)展移相觸發(fā)，控制電加熱器加熱。圈２過零檢兩信號(hào)波形圈主程序、定時(shí)器中斷子程序及觸發(fā)中斷子程序等三個(gè)局部。-.z晶閘管的觸發(fā)電壓是由輔助交流電源提供的，２．１主程序-.z從變壓器引出的正弦電壓經(jīng)電容耦合至ＩＮＴ。和斷，而ＩＮＴ。對(duì)過零下降信號(hào)產(chǎn)生中斷，它們能將正弦交流信號(hào)轉(zhuǎn)變成方波信號(hào)，如圖２。過零檢測電路主要是用于實(shí)現(xiàn)對(duì)晶閘管的同步觸發(fā)，使晶閘管在電源過零后觸發(fā)導(dǎo)通，對(duì)電加熱器的溫度進(jìn)展調(diào)節(jié)。２系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用ＰＩＤ控制方式，系統(tǒng)軟件主要包括萬方數(shù)據(jù)主程序主要是由完成初始化和設(shè)定值輸入及溫度控制等局部組成，初始化主要是對(duì)控制信號(hào)【，〔，１〕、Ｕ〔，ｌ一１〕，系統(tǒng)偏差信號(hào)Ｐ〔咒〕、Ｐ〔以一１〕、Ｐ〔咒一２〕以及設(shè)定值Ｒ〔咒〕等信號(hào)的清零，并將Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器設(shè)定為選擇方式，把定時(shí)器設(shè)定為每２５ｍｓ產(chǎn)生１次中斷。其主程序框圖如圖３所示。初始化后，系統(tǒng)根據(jù)開關(guān)Ｋ的狀態(tài)進(jìn)展判斷，Ｋ＝ｏ時(shí)，則進(jìn)展設(shè)定值的輸入，當(dāng)Ｋ＝１時(shí)則進(jìn)入控溫程序。心麗，其中ＩＮＴ。檢測到過零上升信號(hào)時(shí)將產(chǎn)生中心麗，其中ＩＮＴ。檢測到過零上升信號(hào)時(shí)將產(chǎn)生中-.z１０８電力學(xué)報(bào)第２３卷-.z２．２定時(shí)器中斷子程序及觸發(fā)中斷子程序-.z系統(tǒng)首先將顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容傳送至顯示電路，在數(shù)碼管中顯示出來，由于將定時(shí)器的中斷設(shè)定為每２５ｍｓ執(zhí)行一次，每次中斷時(shí)，則進(jìn)入定時(shí)器中斷子程序去執(zhí)行相應(yīng)的顯示動(dòng)作。其定時(shí)器中斷子程序的框圖如圖４所示。ｌ取百位｜｜巨０１０至Ｂ６ｆ刊取個(gè)位咖至Ｂ嶧叫Ｊｌ傳送ＰＡ，ＰＡ，裂ｌ驀-.z圖３主程序框圖在設(shè)定值輸入的時(shí)候，系統(tǒng)先判別ＰＢ。是否為ｏ，如果ＰＢ０為Ｏ則表示溫度值粗調(diào)設(shè)定，這時(shí)系統(tǒng)圍４足時(shí)器中斷子程序框圖觸發(fā)中斷子程序，主要用于處理過零檢測中斷及定時(shí)／計(jì)數(shù)器的ＩＮＴＥ。中斷。當(dāng)檢測到過零信號(hào)-.z對(duì)Ｒ〔，ｚ〕單元進(jìn)展每１００ｍｓ１次的快速加１計(jì)數(shù)。時(shí)，產(chǎn)生過零檢測中斷，首先將內(nèi)存ＦＦｌ７Ｈ單元的-.z如果測得ＰＢ。＝１，則須對(duì)ＰＢ。進(jìn)展判斷，如果ＰＢ。＝ｏ表示進(jìn)展微調(diào)設(shè)定，這時(shí)系統(tǒng)對(duì)Ｒ〔咒〕單元進(jìn)展每秒１次的慢速加１計(jì)數(shù)，直到ＰＢ。及ＰＢ。都高電平為止。慢速計(jì)數(shù)能使設(shè)定值調(diào)整較為準(zhǔn)確。溫度值設(shè)定好后，開關(guān)Ｋ斷開，ＰＢ：＝１，則進(jìn)入溫控程序，首先必須允許ＩＮＴ，和ＩＮＴ。中斷，以產(chǎn)生過零檢測中斷，同步觸發(fā)晶閘管，然后系統(tǒng)讀?。桑危裕拧?biāo)志置“１〞。再利用ＥＩ指令開中斷，然后執(zhí)行循環(huán)程序，檢查ＦＦｌ７Ｈ單元中的ＩＮＴＥ。是否為“ｏ〞。假設(shè)響應(yīng)了ＩＮＴＥ。中斷，此內(nèi)容必須為“０〞，即子程序執(zhí)行完畢，即返回主程序。ＩＮＴＥ。中斷子程序首先將存放在ＦＦｌ７Ｈ單元中的ＩＮＴＥ。標(biāo)志置“ｏ〞，然后將一個(gè)正脈沖信號(hào)送至ＰＢ，端口去觸發(fā)晶閘管工作，最后返回。-.z尺〔竹〕的值并檢測輸出溫度ｙ〔咒〕，將其轉(zhuǎn)換成ＢＣＤ３完畢語-.z碼由顯示電路顯示實(shí)時(shí)溫度，然后求Ｐ〔〞〕＝Ｒ〔咒〕一ｙ〔咒〕，求出控制量【，〔咒〕，將其轉(zhuǎn)換成定時(shí)量，送到定時(shí)計(jì)數(shù)電路中，另一方面，當(dāng)過零檢測電路檢測到過零信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生過零檢測中斷，當(dāng)定時(shí)計(jì)數(shù)器從零計(jì)數(shù)到定時(shí)量的值時(shí)，則產(chǎn)生中斷，將信號(hào)從ＰＢ，送至晶閘管，完成溫控程序的執(zhí)行，然后再返回初始化后的狀態(tài)。在數(shù)字化技術(shù)日益普及的今天，利用單片機(jī)組成的控制電路正在逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制電路，本文所介紹的溫度控制電路具有控制方法比擬科學(xué)，控制精度較高，控溫*圍較廣，控溫效果較好等特點(diǎn)，其溫度調(diào)整設(shè)定*圍可達(dá)９９９℃，測量精度到達(dá)±０．５％ＦＳ，分辨率為１４ｂｉｔ，具有一定的推廣意義及實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。-.z參考文獻(xiàn)：［１］李群芳．單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用［Ｍ］．ｔ清華大學(xué)．２００５．［２］*志良．單片機(jī)原理與控制技術(shù)［Ｍ］．：機(jī)械工業(yè)，２００５．［３］沙占友，王彥朋，孟志勇．單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)［Ｍ］．：電子工業(yè)，２００３．萬方數(shù)據(jù)掣鼉?nèi)诔更內(nèi)?.z第２期林建雄：基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)研制１０９-.zＴｈｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅＡｔｔｅｍｐｅｒａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｏｎＳｉｎｇｌｅｃｈｉｐ-.zＬＩＮＪｉａｎ—ｘｉｏｎｇ〔ＨａｎｓｈａｎＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｏｚｈｏｕ５２１０４ｌ，Ｃｈｉｎａ〕-.zＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｓｏｌｖｅｏｌｄｔｙｐｅａｔｔｅｍｐｅｒａｔｏｒｓ’ｐｒｏｂｌｅｍｓｓｕｃｈｐｏｏｒａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｌｏｗｅｆｆｅｃｔｓ，-.zｔｈｅｐａｐｅｒｓｕｇｇｅｓｔｓｄｅｓｉｇｎｉｎｇｉｄｅａｆｏｒｔｈｅａｔｔｅｍｐｅｒａｔｅｒｂａｓｅｄｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｐＰＤ７８１０ａｎｄｄｅＶｉｓｅｓ-.zｔｈｅａｔｔｅｍｐｅｒａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｂｙｗａｙｏｆＰＩＤａｔｔｅｍｐｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｒｅａｌｉｚｅｓ-.zａｔｔｅｍｐｅｒａｔｉｏｎｂｙｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｇｕｉｄｉｎｇａｎ９１ｅｏｆｔｈｅｃｒｙｓｔａｌｂｒａｋｅｔｕｂｅａｎｄａｐｐｌｉｅｓｔｈｅｔｗｏ-.zｂｕｔｔｏｎｓ——ｒｏｒｇｈａｎｄｆｉｎｅｔｕｎｉｎｇａｔｔｅｍｐｅｒａｔｉｏｎｉｎｗｉｄｅｒａｎｇｅ．ＴｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｈａｓｐｒｏＶｅｄｉｔｓ-.zｇｏｏｄｄｆｆｅｃｔ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓａｂｌｅｍｅｅｔｖａｒｉｏｕｓｎｅｅｄｓｆｏｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｉｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌａｎｄ-.zａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓａｎｄｈａｓｐｒａｃｔｉｃａｌＶａｌｕｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐＰＤ７８１Ｏｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐ；ａｔｔｅｍｐｅｒａｔｉｏｎ；ｚｅｒｏｐａｓｓａｇｅｃｈｅｃｋ；ｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｔｒｉｇｇｅｒ［責(zé)任編輯：*勇強(qiáng)］㈣一㈣…㈣，ｏ‘’“ｒ’ＨＭＭ¨…Ｍ…，ＨⅢⅧＭ㈣Ⅲ…一＿〔上接第１００頁〕ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＲｅａｃｔｉｖｅＰｏｗｅｒＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ-.zＯｎＰｏｗｅｒＮｅｔｗｏｒｋＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＦｅｅｄｅｒ-.zＤＵＸｉｕ—ｋｅ〔ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００３１，Ｃｈｉｎａ〕-.zＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔｒｅａｌｉｚｅｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｂｙｉｎｓｔａｌｌｉｎｇｓｈｕｎｔｃａｐａｃｉｔｏｒ-.zｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｅｅｄｅｒ．Ｉｔｒｅｄｕｃｅｔｈｅｐｏｗｅｒｌｏｓｓ，ｉｎｃｒｅａｓｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｂｉｌｉｔｙｏｆｐｏｗｅｒｎｅｔｗｏｒｋ-.zａｎｄｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｉｏｏｆｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔｏｆｒｅａｃｔｉＶｅｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ-.zｄｅｖｉｃｅｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｔｈｅｌｏｎｇｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｅｅｄｅｒ．Ｂａｓｅｄｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｒｅ直ｃｔｉＶｅｐｏｗｅｒ-.zｃｏｍＤｅｎｓａｔｉｏｎａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ’ｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｐａｐｅｒｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｌｏｃａｔｉｏｎａｎｄ-.zｃａｐａｃｉｔｙｏｆｓｈｕｎｔｃａｐａｃｉｔｏｒｗｈｅｎｔｈｅｌｏａｄｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｅｅｄｅｒｉｓｕｎｉｆｏｒｍａｎｄｎｏｎ—ｕｎｉｆｏｒｍ．Ｂａｓｅｄ-.zａｎａｌｙｓｅｄｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅｆａｃｔｏｒｓｏｆｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｂｙｉｎｓｔａｌｌｉｎｇｓｈｕｎｔｃａｐａｃｉｔｏｒ，ｔｈｅ-.