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MCS-51单片机温度控制系统的设计

2019-09-10张向阳赵明月董瀚泽

锦绣·上旬刊 2019年11期
关键词:子程序变送器原理图

张向阳 赵明月 董瀚泽

摘 要:在论文的分析中,基于软硬件两大角度探讨MCS-51温控方案的分析思路,针对硬件的基本原理以及框图进行较为简易的介绍。

关键词:MCS-51单片机:温度:软硬件;硬件原理图:程序框图

引言

对于当代的工业产出体系而言,电流、电压以及流量等多个方面的指标,均为相对常见的控制数据。诸如,对于冶金、化工以及电力等多个产业,使用中都应当针对各种热炉、锅炉等方面的温度,开展相应的识别与管控活动。在设计的过程中运用MCS-51单片机针对温度采取严格的管控方案,一方面有着管控程序较为便捷、简易以及灵活等多种优势,另一方面也可以实现指标的显著优化,进一步带动产品的质量与产出效率大幅提升。针对该问题,通过单片机针对温度采取相应的控制处理,作为工业产出体系中较为多见的问题。在论文的分析中以此为案例开展相应的分析,期望可以实现举一反三的启发之效。

1 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 路原理图略可向作者索取。

1.1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。

变送器由毫伏变送器和電流/电压变送器组成:毫 伏变送器用于把热电偶输出的0mV-41.32mV变换成 4mA-20mA的电流;电流/电压变送器用于把毫伏变送 器输出的4mA-20mA电流变换成0-5V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500"-1000",则热电偶输 出为20.6mV-41.32mV,毫伏变送器零点迁移后输出 4mA-20mA范围电流%这样,采用8位A/D转换器就 可使量化温度达到1.96"以内。

1.2接口电路

接口电路采用MCS-51系列单片机8031,外围扩 展并行接口 8155,程序存储器EPROM2764,模数转换 器ADC0809等芯片。

1.3温度控制电路

8031对温度的控制是通过双向可控硅实现的。如 单片机温度控制系统电路原理图所示,双向可控硅管 和加热丝串接在交流220V、50Hz市电回路。在给定周 期T内,8031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8031用软件在P1.3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 输岀送到可控硅的控制极上%

2 温度控制的算法和程序框图

2.1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。

2.2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。

对于一般线性仪表来说,标度转换公式为:

V一 V

Tx=Ao +(Am-Ao)

V一 V

其中,A。为一次测量仪表的下限;Am为一次测量 仪表的上限;Ve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。

PID控制正是数字控制系统之一,它是比例 积分微分控制,它具有原理简单,使用方便,适应性强 特点。经PID运算后得到的数值经D/A转换器输岀到 变频器,控制电机转速达到和振动体同速度同相位而 使系统处于共振状态。

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。

3 结束语

MCS-51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。

参考文献

[1]陈明荧.8051单片机课程设计实训教材 北京:清华大学出版社2004

[2]胡汉才.单片机原理及其接口技术北京:清华大学出版社1995

[3]徐淑华程退安姚万生·单片机微型机原理及应用哈尔滨工业大学 出版社1994

作者简介:

张开生,男,1963年生,高级工程师&主要研 究方向计算机控制系统及控制理论等& Email:kdzks@sina.com

Author Introduction:Zhang Kaisheng,male,bom in 1963,Main research interests include computer control system,control,theory etc.

(712081陕西咸阳陕西科技大学电气与电子工程学 院)张开生郭国法

(College of Electrical and Electronic Engineering,Shannxi University of Science and Technology,Xi- anyang China 712O81)Zhang,Kaisheng Guo,Guofa

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