AT89C51单片机温度控制系统

第 2O卷第 1期 2004年 3月 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报 Joumal of Qiqihar University Vo1．20．No．1 March．2004 AT89C51单片机温度控制系统 徐凤霞 赵成安 (齐齐哈尔大学，齐齐哈尔 161006) 摘 要：本系统以AT89C51单片机系统为控制核心，用线性度好 灵敏度高的集成温度传感器 AD590及分辨率 高、噪声低的 A／D转换器进行温度采集，采用线性数字校正和数字滤波技术，增强系统的灵敏度和抗干扰能力。 关 键 词：温度测控；单片机；PID控制 中圈分类号：TP368．2 文献标识码：A 文章编号：1007—984X(2004)01—0064-03 温度测控系统结构框图如图 1所示， 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 中假定被控对象为 lL净水，采用 lkW 电炉进行加热。本设 计主要以微控制器为控制核心，利用 PID控制算法进行水温度的恒温控制。 1 硬件设计 温度测控系统硬件结构图如图 2所示。 图 1 系统结构框图 AC220V 图 2 系统硬件结构图 系统的工作过程：温度检测及变换电路把水温度转换成电压信号，经 A／D转换器转换为数字信号送人 AT89C51单片机中，并与给定值(对应着所要控制的温度值)进行比较，其偏差被 PID程序计算出输出控制 量，由 P1．0输出脉冲信号控制双向可控硅的导通，以实现对电炉输出有效功率的调节。 1．1 温度检测及变换电路 温度检测及变换电路如图3所示。集成稳压器7905输出的一5V电压，经可调电阻尺2接至精密运放 OP07 收稿日期 ：2oo2一lO一12 作者简介 ：徐凤霞．女，1970年生．博士生，讲师．主要从事控制理论与应用的研究。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 1期 AT89C51单片机温度控制系统 ·65· 的反相输入端。AD590的正极接+12电压，设通过 、尺3的电流分别为 ，0和 ，则 AD590的电流 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达式为 I=Io+I．，因 OP07的电压增益 A>>1，故图中 M点为虚地 (VM=0V)，只要在 0℃下调整 使 ，0等于 AD590 在该温度下的工作电流值 (此时 =0，1=1o)，lo就为恒定值。 图 3 温度一 电压变换 电路 1．2 单片机系统 本设计采用AT89C5 1单片机作为核心控制单元，扩展了8K程序存储器(2764)和8K数据存储器(6264)， 并利用驱动器 74I_5245和 74LS244分别增加 PO口和P2口的总线驱动能力。 1．3 A／D转换 如图4所示，本设计中，ICL7109的数据输出端直接接AT89C51单片机的数据线即PO口，利用89C51 的RD和译码器的Y3的信号相与作为ICL7109的片选信号，其低字节口地址为7EFFH，高字节口地址为 7DFFH 白 — __J — IJ 0．15 k： 坠一n J醒 II c8 0．01 35 — 锄 r-z69- 图 4 ICL7109与 AT89C51的接口 A 图 5 强电控制与驱动电路 1．4 强电控制与驱动电路设计 该部分的设计，主要应解决两个问题：弱电(单片机系统)和强电(AC220V)的隔离；对强电的控制。 对此，选用了 MOC3062光电耦合器和双向可控硅实现对电炉的控制。电路如图5所示。 2 系统理论分析 通过系统的数学模型的建立，可以得未加调节器之前的系统闭环传递函数为 ( )= 1 +G(s)I4(s) (T,s+1)( +1)+ lK!K： 一 由闭环传递函数可知．有两个闭环极点．其中一个为主导极点，另一个为非主导极点。因为系统的时间响应过 程主要取决于主导极点．而由于 >> ，所以本系统的主导极点主要取决于时间常数 T】。 ～ M r S r u¨ 0 C S O r D F N U E E I B T S 0 呲 Ⅲ聃聃盯 阱 叭 一 + ¨0 ⅡM ⋯ ㈨ 维普资讯 http://www.cqvip.com · 66· 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报 2004矩 加入调节器后的系统闭环传递函数为 W ． (S)= ! ! ： ! ! ! ! !：： 1+G ( )G( ) ( ) T,s(T． +1)+K K ． K K ， (1+ + ) 一厶 若系统的输入和扰动均为阶跃信号，则利用终值定理可得稳态误差为 e=lims／~【S、+limsE~【S、=0 一 、 ⋯ s---CO 其中，易 )为阶跃输入的稳态误差，E2(s)为阶跃扰动的稳态误差。 设被控对象G( )= ∞ ，则依据 Ziegle卜Nich。ls整定经验公式得到 =13．3； =36。； 9。。 依据基于偏差积分指标最小的整定参数法(ITAE)得到Ke=13．77；E=331．75； =69．17。应用 SIMULINK对被 控对象 PID控制进行仿真后得到较好的 PID参数为：Ke=8．465；E---410．92； =138．06。通常用一般的 PID 控制始终具有较大的超调量和较长的调节时间，本系统采用积分分离 PID控制算法，可以较好的克服这两个 缺点。 3 系统软件设计 (略 ) 4 结束语 本系统用 PID控制算法实现温度控制，可以使系统的精度达到 ±0．1 oC，准确度和稳定性都可以令人满 意。本系统以单回路控制为例，极易扩展成多回路控制。本设计仅以水温度为例进行恒温控制，稍加改动 后，可以广泛应用于铸造、热处理等电热恒温及保温控制场合。 参 考 文 献 [1】王锦标，方崇智．过程计算机控制．北京：清华大学出版社，1997；36～40 [2】邵惠鹤．工业过程高级控制．上海：上海交通大学出版社，1997；58—62，78—101 [3】胡寿松．自动控制原理．北京 ：国防工业出版社，2000；103—124 [4】刘伯春．智能 PID调节器的设计及应用．电子 自动化，1995；(3)：20～25 [5】Katsuhiko Ogata．Moden Control Engineering．Publishing house of electronics industry，2000：1 96—202 The system of temperature control by MicrOcOntrOller XU Feng-xia ZHAO Cheng-an (Qiqihar University，Qiqihar 1 6 1 006) Abstract：The system use a microcontroller AT89C5 1 to con~ol temperature with good linearity．high sensiti~rity integrate temperature sensor AD590 and high resolution，low noise．,LrD transfer to sample．And it used nonlinear digital rectifier and diotal filter to make sensitivity of system higher and to make anti——interference capacity of system stronger． Keywords：temperature measurement and control；microcontroller PID control 维普资讯 http://www.cqvip.com