基于单片机的温度控制系统设计.pdf

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基于单片机的温度控制系统设计关键撇ywords婆甄实一厂黜二襞电气控制lI嘭艺与诩·冶金电气·2009年第28卷第20期样一一；硬件电路的设计介绍以格州电子的16位单片机KG3系列78F1166芯片为核心部件，实现电热水器的恒温控制。设计了温度检测部分、单片机PID运算部分及电源部分的硬件电路和软件实现方法。该系统具有性能稳定、成本较低和安全系数较高的优点。电源·温度测控在工业领域具有广泛的应用，随着传感器技术和单片机技术等不断发展，为智能温度测控系统精度的提高和稳定性改善等提供了条件。本文介绍了一种基于单片机的温度闭环控制装置，通过对机内数字PID参数的设置，达到对不同受控对象的不同温度要求进行高精度控制。电热水器的恒温控制系统硬件电路由温度检测、单片机PID运算和输出电源三个模块组成。系统总体结构框图如图1所示。检测模块作为闭环的反馈实时检测水温，并经A／D转换把信号传送给单片机，再通过单片机把处理后的控制信号通过D／A转换传送给电源模块的TL494，TL494控制电压与锯齿波比较输出一个占空比可控的PWM波形，进而对加热器的开关进行控制，以达到输出可控的效果。1．温度检测电路的设计温度检测在整个系统中是一个非常重要的环节，温度检测直接影响着系统的精度，所以设计精密的温度检测电路是十分(1)检测元件的比较和选用1)采用热敏电阻。热敏电阻体积小，价格便宜，易于通过接触测试固体温度。但是对于测量液体温度表现不佳。再者，热敏电阻特性的非线性(或者说近似的分段线性)给单片机的多点恒温带来麻烦，要通过大量测试建立温度／电压(T／V)表格，才能实现。2)采用ADS90。AD590具有精度高、价格低、不需辅助电源、线性好等特点。在以往的实验中，用起来也颇为方便，但是ADS90输出的是微安级的电流，接触水会显著地使输出非正常，测量便不准确。用绝缘胶布包住导线，但是随着水温的升高，会不可避免的产生湿气且造成3)采用1000。电阻温度系数分散性小，其精度高、线性好和灵敏度比4)采用DSl8820。格州单片机面板上集成有DSl8820，各项性能都表现良好，但是不易直接用其测水温。通过上述比较，选用1000传感器检测温度。Prl000的精度比较高，对于温度传感器要使测得的数据精确必须要有一个很高精度的恒流源。传感器PTl000的检测信号输出很低，所以要对检测信号进行精密的放大也是比不可少的环节。(2)温度检测电路设计温度控制·单片杌·PIP算法·50重要的。影响。较高。ElectricControl俞欣滢曾志强孙仪彬／上海大学机电工程及其自动化学院俞欣滢／本科盥片机电水炉加热显示设定值电源控制输出电压(功率)系统总体结构框图圈1
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I电气控制2009年10月下·冶金电气·嘭￡量胡|51软件系统的设计温度检测电路由恒流源、信号放大和检测输出部分组成。恒流源采用的是运算放大器LM324。在运算放大器的输出端接了一个电阻可以确定电流的大小。要使输出的电流是高精度的，在运算放大器的输入端就必须有一个稳定的电压，因此采用TL431产生一个稳定的电压作为输入，这样保证输出的稳定。为了提高精度，在电路中增加了两个电压跟随器及几个兆欧级的电阻，使恒流源的精度可以达到微安级。这样就能为温度传感器的检测提供一个稳定的环境，为提高检测精度提供了保证。信号的放大环节也十分重要，它的精度要求很高，而且也要求能够有很高的放大倍数，采用的运算放大器是高精度、低功耗的仪器放大器INAl28。INAl28的放大倍数很高，可以放大很微弱的信号。这里将温度传感器检测的电压信号放大了100倍。温度传感器检测的信号经放大后采用单片机进行采样控制。为了保证单片机的安全，检测输出部分设计了一个对单片机的保护环节。2．单片机系统设计单片机采用格州电子16位KG3系列78F1166芯片，主板、扩展板分离设计，通过并口连接，使用灵活方便。主板上集成了数码管、发光二极管、4×4键盘模块、E2PROM及独立的蜂鸣器等电路，每一个管脚都有插针引出，方便扩展其他功能。副板提供了1602液晶模组、RS232通信模块、RS485模块、AD／DA、红外发射接受模块和温度检测模块，资源丰富可以实现各种功能的集成。单片机由A／D采样检测装置输入，并进行PID处理，再通过D／A输出电压信号给电源装置的TL494，达到控制输出电压的效果。3．电源电路设计采用直流降压电路。直流降压电路与升压电路相比主要缺点在于电路的功率不可能像升压电路一样大，可是降压也有它的优点。首先就电压来说，输出电压在36V以下，属于人体安全电压范围，不易发生安全事故；同时由于在电路设计的过程中最大地考虑了效率的问题，带负载效率可达91．63％，加热功率也不低，经试验测定可达W。对于MOS管y。。不超出一20一+20V的要求