温度测试与控制

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1、基于单片机的温度检测与控制摘要：课题针对温度控制的特点及实现准确温度控制的意义，设计了一种基于单片机的控制系统。电路以AT89S52单片机为微处理器，详细设计了温度信号采样电路，键盘及显示电路，温度控制电路，报警电路。本设计由键盘电路输入设定温度信号给单片机，温度信号采集电路采集现场温度信号给单片机，输出控制信号给温度控制电路，实现降温。显示电路实现现场温度的实时监控。关键词：温度控制 采集电路 实时监控ABSTRACT：Subject to the characteristics of temperature control and realize accurate temperature

2、control of the significance, and designed a kind of control system based on single chip. Circuit AT89S52 SCM in to micro processor, and detailed design temperature signal sampling circuit, the keyboard and display circuit, temperature control circuit, alarm circuit. This design by the keyboard input

3、 circuit set temperature signals to the microcontroller, temperature signal acquisition circuit collection site temperature signals to the microcontroller, output control signals to the temperature control circuit, realize the cooling. The display circuit realize real-time monitoring of temperatureK

4、eywords: temperature control acquisition circuit real-time monitoring 目录1 前言12整体方案设计22.1 方案论证2方案一：利用单片机实现温度控制系统2方案二：利用PLC实现恒温控制系统32.2方案比较33单元模块设计33.1 AT89S52单片机简介43.1.1 AT89S52单片机资源简介43.1.2 AT89S52单片机信号引脚介绍53.2 温度传感器63.2.1 温度传感器PT10063.2.2 温度变送器SWB72.2.3 模数转换单元83.3 键盘和显示电路103.3.1 键盘电路103.3.2 LED显示电路

5、113.4 报警电路123.5 温度控制电路134软件设计144.1 主程序的设计144.2 主程序的起始地址及初始化144.3 LED的显示子程序144.4 键盘处理子程序设计144.5 报警电路和加温电路程序设计154.6 传感器电路程序设计155系统技术指标及精度和误差分析166结论167设计小结168参考文献18附录1：电路总图19附录2：软件代码201 前言电加热温度控制具有升温单向性、大惯性、大滞后性和时变性的特点。例如：其升温单向性是由于电加热的升温、保温主要是通过电阻加热；降温则通常是依靠自然冷却，当温度一旦超调，就很难用控制手段使其降温，因而很难用数字方法建立精确的模型，并确

6、定参数。应用传统的模拟电路控制方法，由于电路复杂，器件太多，往往很难达到理想的控制效果。目前工业自动化水平已成为衡量各行业现代化水平的一个重要标准，同时控制理论的发展也经历了经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等；而自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构加在被控系统上，控制系统的被控量经过传感器、变送器通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器、变送器和执行机构都不一样。比如压力控制系统要采用压力传感器，而温度控制系统要采用温度传感器

7、。随着集成电路技术的发展，单片微型计算机的功能也不断地增强，许多高性能的新型机种不断的涌现出来，单片机以其集成度高、功能强、体积小可靠性高、价格低和开发周期短等特点，成为自动化和各个测控领域中应用广泛的器件，在工业生产中，称为必不可少的器件，尤其是在当要求控制精度高，而成本低的社会里，往往都是采用单片机作为数字控制器取代模拟控制器。在温度控制系统中，单片机最是起到了不可替代的核心作用。2整体方案设计无论是工农业生产中，还是日常生活中，对温度的检测和控制都是必不可少的，对于温度的检测通常是采用热敏电阻在通过A/D（模/数）转换得到数字信号。而对于温度控制的方法也有很多：如单片机控制、PLC控制和

8、数字PID调节器等等。本设计采用单片机来实现温度的控制。2.1 方案论证方案一：利用单片机实现温度控制系统利用单片机系统实现温度恒定的控制，其总体结构图如图2-1所示。系统主要包括现场温度采集、实时温度显示与报警装置和系统核心AT89S52单片机作为微处理器。 温度传感器单片机LED 显 示键 盘报 警控 制 电 路图2-1 方案一的系统总体结构框图温度采集电路以数字量形式将现场温度传至单片机。单片机结合现场温度与用户设定的目标温度，按照已经编程固化的模糊控制算法计算出实时控制量。以此控制量控制固态继电器开通和关断，以决定温度控制电路的工作状态，使温度不超过目标值。在温度接近或达到目标值时，单

9、片机通过采样回的温度与设置的目标温度比较做出相应的控制，使设备温度下降。系统运行过程中的各种状态参量均可由LED实时显示。方案二：利用PLC实现恒温控制系统利用PLC实现对酒槽温度的控制，其控制系统采用PLC控制实现自动控制方式，来达到控制温度的恒定。智能型电偶温度表将置于被测对象中，热电偶的传感器信号与恒定温度的给定电压进行比较，构成闭环系统，生成温差电压Vt，PLC自适应恒温控制电路，根据Vt的大小计算出全通、间接导通和全断的自适应恒温控制电路，并将占空比可调的控制电平经输出隔离电路去控制可控硅门极的通断，实现自适应的恒温控制。若温度升的过快，PLC也将输出关断电平信号转换为可控硅电路相匹

10、配的输入信号。2.2方案比较对于方案二，采用PLC实现恒温控制，由于PLC成本高，且PLC是外围系统配置复杂，不利于我们的设计。而对于方案一，采用单片机实现恒温控制，该方案成本低，可靠性高，抗干扰性强。因此采用方案一。3单元模块设计考虑到尽量降低成本和避免与复杂的电路，此系统所用到的元器件均为常用的电子器件。而主控器采用低功耗、高性能、片内含8k byte可反复檫写的Flash 、只读程序器CMOS8位单片机AT89S52；温度传感器采用PT100热电阻；采用控制端TTL电平，即可实现对继电器的开关，使用时完全可以用 NPN型三极管接成电压跟随器的形式驱动；单片机所需要的+5V工作电源是通过2

11、20V交流电压通过变压、整流、稳压、滤波得到。实时控制的显示器、键盘通过单片机来完成键盘扫描与输出动态显示。3.1 AT89S52单片机简介3.1.1 AT89S52单片机资源简介图3-1AT89S52AT89S52的结构如图3-1所示。由于它的广泛使用使得市面价格较8155、8255、8279要低，所以说用它是很经济的。该芯片具有如下功能：有1个专用的键盘/显示接口；有1个全双工异步串行通信接口；有2个16位定时/计数器。这样，1个89S52，承担了3个专用接口芯片的工作；不仅使成本大大下降，而且优化了硬件结构和软件设计，给用户带来许多方便。AT89S52有40个引脚，有32个输入端口（I/

12、O），有2个读写口线，可以反复擦除。所以可以降低成本。主要功能特性： （1）兼容MCS51指令系统（2）32个双向I/O口线（3）3个16位可编程定时/计数器中断 （4）2个串行中断口 （5）2个外部中断源（6）2个读写中断口线（7）低功耗空闲和掉电模式（8）8k可反复擦写(1000次)Flash ROM（9）256x8 bit内部RAM（10）时钟频率0-33MHz（11）可编程UART串行通道（12）共6个中断源（13）3级加密位（14）软件设置睡眠和唤醒功能。3.1.2 AT89S52单片机信号引脚介绍输入输出口线 口8位双向口线 口8位双向口线 口8位双向口线 口8位双向口线ALE 地

13、址锁存控制信号在系统扩展时,ALE用于控制把口输出的低8位地址送入锁存器锁存起来,以实现低位地址和数据的分时传送。此外由于ALE是以六分之一晶振频率的固定频率输出正脉冲,因此可作为外部定时脉冲使用。 外部程序存储器读选通信号在读外部ROM时, 有效(低电平),以实现外部ROM单元的读操作。 访问程序存储器控制信号但信号为低电平时,对ROM的读操作限定在外部程序存储器；而当信号为高电平时,则对ROM的读操作是从内部程序存储器开始,并可延续至外部程序存储器。RST 复位信号当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位操作。和 外接晶体引线端当使用芯片内部时钟时，此二引

14、线端用语外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。 地线 +5V电源3.2 温度传感器3.2.1 温度传感器PT100本系统以PT100为温度传感器获取温度信号。PT100温度传感器为正温度系数热电阻传感器，主要技术参数如下： 测量范围：-200+850； 允许偏差值： A级 ， B级 ； 响应时间30s； 最小置入深度：热电阻的最小置入深度200mm； 允通电流5mA。另外，PT100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。铂热电阻的线性较好，在0100摄氏度之间变化时，最大非线性偏差小于0.5摄氏度。铂热电阻阻值与温度关系为： -200t0时，；

15、0t850时，；式中，A=0.；B=-0.；C=0.42735。可见PT100在常温0100摄氏度之间变化时线性度非常好，其阻值表达式可近似简化为：，当温度变化1，PT100阻值近似变化0.39。3.2.2 温度变送器SWB本次设计中采用的温度变送器为SWB系列的温度变送器模块。此模块是为热电阻型温度传感器配套的4-20mA、二线制直流输出专用模块，性能稳定可靠，体积小巧，且安装方便。此模块书安全防爆型，具有较强的保护功能。由于两线制接法对测温精度影响较大，因此在本次设计中采用三线制接法。接线图如图3-2 图3-2 温度采集模块 1、刚使用时变送器模块输出有微量偏差，属正常现象，微量校准即可。校准应加电5分钟后进行。