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MCS-51单片机温度控制系统.doc

MCS-51单片机温度控制系统

江山依旧
2018-09-06 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《MCS-51单片机温度控制系统doc》,可适用于工程科技领域

wwwsfmcucomwwwsfmcucn摘 要:本文从硬件和软件两方面介绍了MCS单片机温度控制系统的设计思路对硬件原理图和程序框图作了简捷的描述。关键词:MCS单片机温度软硬件硬件原理图程序框图设计引言   在现代化的工业生产中电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如:在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用MCS单片机来对温度进行控制不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点而且可以大幅度提高被控温度的技术指标从而能够大大提高产品的质量和数量。因此单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。本文以它为例进行介绍希望能收到举一反三和触类旁通的效果。硬件电路设计   以热电偶为检测元件的单片机温度控制系统电路原理图如图所示。   温度检测和变送器   温度检测元件和变送器的类型选择与被控温度的范围和精度等级有关。镍铬镍铝热电偶适用于℃℃的温度检测范围相应输出电压为mVmV。   变送器由毫伏变送器和电流电压变送器组成:毫伏变送器用于把热电偶输出的mVmV变换成mAmA的电流电流电压变送器用于把毫伏变送器输出的mAmA电流变换成V的电压。   为了提高测量精度变送器可以进行零点迁移。例如:若温度测量范围为℃℃则热电偶输出为mVmV毫伏变送器零点迁移后输出mAmA范围电流。这样采用位AD转换器就可使量化温度达到℃以内。 接口电路   接口电路采用MCS系列单片机外围扩展并行接口程序存储器EPROM模数转换器ADC等芯片。   由图可见在P=和P=时选中它内部的RAM工作在P=和P=时选中它内部的三个IO端口工作。相应的地址分配为:HFFH    内部RAMH           命令状态口H    A口H    B口H    C口H           定时器低位口H   定时器高位口   用作键盘LED显示器接口电路。图中键盘有个按键分成六行(LL)五列(RR)只要某键被按下相应的行线和列线才会接通。图中个按键分三类:一是数字键共个二是功能键个三是剩余两个键可定义或设置成复位键等。为了减少硬件开销提高系统可靠性和降低成本采用动态扫描显示。A口和所有LED的八段引线相连各LED的控制端G和C口相连故A口为字形口C口为字位口可以通过C口控制LED是否点亮通过A口显示字符。HYPERLINK"http:wwwkaifacomuploadjpg"t"blank" 图 单片机温度控制系统电路原理图图 用作键盘LED显示器接口电路   是K EPROM型器件。的PSEN和的OE相连P和CE相连所以的地址空间为:HFFFHADC的通道(IN 其他输入端可作备用)和变送器的输出端相连所以从通道(IN)上输入的VV范围的模拟电压经AD转换后可由通过程序从P口输入到它的内部RAM单元在P=和WR=时可使ALE和START变为高电平而启动ADC工作在P=和RD=时可以从ADC接收AD转换后的数字量。也就是说ADC可以视为的一个外部RAM单元地址为FH(地址重复范围很大)因此执行如下程序可以启动ADC工作。MOV DPTR#FHMOVX DPTR,A若执行下列程序:MOV DPTR#FHMOVX ADPTR则可以从ADC输入AD转换后的数字量。温度控制电路   对温度的控制是通过双向可控硅实现的。如图一所示双向可控硅管和加热丝串接在交流V、Hz市电回路。在给定周期T内只要改变可控硅管的接通时间即可改变加热丝的功率以达到调节温度的目的。   可控硅接通时间可以通过可控硅控制极上触发脉冲控制。该触发脉冲由用软件在P引脚上产生在过零同步脉冲同步后经光电耦合管和驱动器输出送到可控硅的控制极上。温度控制的算法和程序框图图主程序框图 温度控制算法   通常电阻炉炉温控制都采用偏差控制法。偏差控制的原理是先求出实测炉温对所需炉温的偏差值然后对偏差值处理获得控制信号去调节电阻炉的加热功率以实现对炉温的控制。在工业上偏差控制又称PID控制这是工业控制过程中应用最广泛的一种控制形式一般都能收到令人满意的效果。 温度控制程序框图  温度控制程序的设计应考虑如下:)键盘扫描、键码识别和温度显示)炉温采样、数字滤波)数据处理)越限报警和处理)PID计算、温度标度转换主程序框图   主程序包括本身的初始化、并行接口初始化等等。大体说来本程序包括设置有关标志、暂存单元和显示缓冲区清零、T初始化、CPU开中断、温度显示和键盘扫描等程序。中断服务程序框图   T中断服务程序是温度控制系统的主体程序用于启动数模转换器、读入采样数据、数字滤波、越限温度报警和越限处理、PID计算和输出可控硅的触发脉冲等。P引脚上输出的该同步触发脉冲宽度由T计数器的溢出中断控制利用等待T溢出中断的空闲时间(形成P输出脉冲顶宽)完成把本次采样值转换成显示值而放入显示单元缓冲区和调用温度显示程序。从T中断服务程序返回后即可恢复现场和返回主程序。主要子服务程序框图   主要服务子程序包括温度检测采样及数字滤波子程序、带符号双字节乘法子程序和标度转换子程序目的是把实际采样取得的二进制值转换成BCD码形式的温度值然后存放到显示缓冲区中供显示子程序调用。图 中断服务程序框图   对于一般线性仪表来说标度转换公式为:Tx=A(AmA)   其中A为一次测量仪表的下限Am为一次测量仪表的上限Vx为实际测量值(工程量)Vm为仪表上限对应的数字量V为仪表下限对应的数字量。其它控制算法   不同的控制对象所采用的算法有所不同。例如对于热惯性大、时间滞后明显、耦合强、难于建立精确数学模型的大型立式淬火炉可以采用人工智能模糊控制算法通过对淬火炉电热元件通断比的调节实现对炉温的自动控制也可以采用仿人智能控制(SHIC)算法和PID控制算法的联合控制方案实际应用时应灵活运用。结束语   MCS单片机体积小重量轻抗干扰能力强对环境要求不高价格低廉可靠性高灵活性好即使是非电子计算机专业人员通过学习一些专业基础知识以后也能依靠自己的技术力量来开发所希望的单片机应用系统。本文的温度控制系统只是单片机广泛应用于各行各业中的一例相信读者会依靠自己的聪明才智使单片机的应用更加广泛化。

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