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 J o uma l of Qiq iha r Unive rs ity Vo1．2 0 ．No．1 March．2 00 4 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 AC2 2 0 V 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 AT89C5 1 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 7D FFH 白 —__J — IJ0 ．15 k： 坠一n J醒 IIc 8 0．0 1 3 5 — 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)= ! ! ： ...