万年第期九江学院学报【自然科学版!&司欲∀#%+,∀%如帅()∗(∋−∃&%%∋∃.(−么刃/刊0单片机温度控制系统的设计李晓妮九江学院电子工程学院摘要3江西九江2!/ 。单片机系统进行温度实时采集与控制是本设计的主要内容本设计介绍的3单片机温度自动拉制系统的主要内容包括系统方案理论分析硬件设计系统调试及、、、用54/67主要技术性能参数。关键词单片机8温度传感器8温度检侧8温度控制8温度显示8健盘输入3一一中图分类号39:20文献标识码3;文章编号7 拓2424田/!0003,以!温度是工业控制中主要的被控参数之一特测和控制,以解决工业及日常生活中对温度的及,别是在冶金工业中,、、化工、建材、食品。、机械、、石油等、时自动控制问题8用十进制数码显示实呵温度值方便人工监视8用键盘输人温度控制范围值于在不同应用场所设置不同温度范围值。,具有举足重轻的作用、对于不同场所便以。不同工艺所需温度高低范围不同精度不同,当实际,则采用的测温元件测温方法以及对温度的控制、温度值不在该范围时,系统能自动调节温度,方法也将不同8产品工艺不同控制温度的精度保持设定的温度基本不变,达到自动控制的目的。不同、时效不同,则对数据采集的精度和采用的,系统的温度最小区分度为<℃时在环境温度变化。控制算法也不同多样。因而,对温度的测控方法多种,温度控制的静态误差小于等于0/℃系统设计的出发点,,随着电子技术和微型计算机的迅速发展,7在达到对温度的检测和并尽量使、、、微机测量和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。控制的基础上达到一定的测控精度、利用微机对温度进行测控的技术,也便系统的可靠性高稳定性好、性价比高。速度快随之而生并得到日益发展和完善。,越来越显示使用灵活72、实现容易,便于扩充4/因56,出其优越性测与控制777本设计即用微机对温度进行实时检设计原理,4/本设计采用5677单片机应用系=。统来实现设计要求≅≅ΑΒΧ:在片内含?>的系统功能及实现原理不需外扩展存储器7可使系统整体结构,系统设计目标用单片机对温度进行实时检简单。4/利用56串行口输出工作方式4/使567温度采集回一执行部件图745/,ΔΕ否互瑟」一单片Φ『机ΦΦΔ沁一Φ键盘ΦΗ一一一一口匕兰兰竺Γ单片机温度控制系统方案原理示意图/〔收稿日期」以Φ一仍,一。,Ι作者简介」李晓妮女江西九江学院电子工程学院,助教。九江学院学报自然科学版! 巧年第期的利用率大大提高,外部电路得以简化,。。564/7可低失调运放的输人失调电压温漂和输人失调电流温漂都很小,直接对键盘进行扫描读数块Κ=玲7Λ=驱动Η≅Μ,可直接用串ϑ并转换模因其利用率高,输人失调电压和输人失调电流。显示温度值也很小,因而这类运放精度较高,07刃Κ,采用超高广泛用于负载重常工作后向电路只需加一块同向驱动器即可正工艺和齐纳微调技术使其温漂很小0一。在串行传输数据时,频率可达到。Ν9:<<,精密加法电源供电、检波、微弱信号精密放大0℃Κ。。其要求双对温度的显示完全达到测控精度要求7=,使用温度范围,,一般不需调,具体方案、硬件电路由单片机、、拨码开关,、零,如要调零>(,。可采用调零电位器调整阻值可,显示器温度采集电路执行部件等构成框图选 !使用时先将输人端接地,,进行调零。见图7。调零后接一输人电压,调节反馈精密可调电阻即得增益为/0,系统硬件电路的元器件选择及其工作原理使输出为输人的/0倍转换2本系统硬件包括器件、3温度采集器件、、灯ΜΜ;6的选择及其与6Σ∗的接口电路6现阶段单片机、ΟΧ设备键盘输人、控制执行器。生产的Μ;具有模块化、与微机总线兼容等特除需要满足用户的各种件等,各实现部分的元器件选择如下温度采集器件选择,,点,在选择,Μ;6芯片时,7采用集成温度传感器不需辅助电,技术要求外还须注意3数字输出的方式 Μ;源,50/其具有较高的精度和重复性,对启动信号的要求!转换精度和转换时间∀线性好0;/5Μ使用方便。,可实现远距离测量便稳定性及抗干扰性逐次逼近式。于微机系统远程测控#∃%具有较高的转换速度,、转换是美国模拟器件公司生产的单片集成,程序固定和精度高的特点适用于快速自动检测,两端感温传感器Θ:Ρ可以显示正负温度数值一,只需系统与多回路的快速数据采集系统速度小于&(∋的场合)。一般是转换要一个直流电压源=Π低<流:,02Π!,功率的需求比较,ΘΠ!。其输出是高阻抗Κ70:(!电。,日常生活中温度变化范围不会太大,本系统因而长线上的电阻对器件工作影响不大要求最小温度分辨率为∗℃、,假使温度变化范围为,Μ;五挡/50,是已作过校正的挡精度最高,。共有07℃9、Ε,、>Η、∗+℃,整个系统的温度采集点应为∗+−二./10:>挡精度居中,测温精个,2位转换器分辨率为,∗3.45,完全满足转换精2只管脚.∋度为02℃测温重复性优于经非线性补度要求器故本系统采用,2位逐次逼近式灯∃转换,偿,精度可达土0,7℃。#∃%+2+其为双列直插式封装#∃%。。放大器件选择微机测控系统中用到的放大,%7与6∗的输人输出接口电路采用2..,器件品种繁多运放Χ印Κ,功能各异在此选用低失调电压。它是典型的通用89接口输人信号7)来自采样输出一条指令控制启,工作原理见图,因信号采集电路输,保持电路的输出动,,先由%67出的电压较小要求较严,一般为几百毫伏,故对失调电压。而转换总是需要一定时间才能完成,转换结为保证精度采用该高精度运放。也束后图>。∃#%给出一个∃9:;了<=的状态信息详见7)2.∗..∃ΧΔ可考虑用单片集成测量放大器+狐∃刀∃Β∗∃Χ−<口Χ==至?67数据总钱Α≅地址地址6几?一译码器一一总人。么了‘勺钱Β.∃Ε日Φ2.∗..至%67数据总线∃+∃Χ−∃ΧΔΔ图.+邢Ε工作原理图图>%7与#6∃%接口电路李晓妮=3单片机温度控制系统的设计Β9二∗Χ设备,单片机是通过ΟΧ,口线与外部电,2Β二Ξ>,Β,二=Β,二<∀>,但将调整好的,路连接的ΟΧ口即可作输人口又可作输出口即0侧刀接人电路后用万用表检测后得知输出与输可工作在串行方式下示接口4Κ5又可以并行方式工作、。常人之间不是放大/0倍后得知,且偏差较大、经仔细分析Ξ>,ϑ0扩展芯片有47//用的74745/7、4//、键盘ϑ显,由于运放输人阻抗Β<2的Β2Β二阻值与等。本系统利用、,串行口输出工作直接扫前面流,9>的电位器产生的阻值相差不够大,造成分,方式/,可直接驱动数码管,发光二极管。从而影响精度二后改用,Β<ς<∀>Β。ς描键盘,充分利用资源简化系统电路,=Β22/9:的大阻值后放大电路达到预期效果3、控制执行器件,用键盘输人温度控制范围单片机系统、分下面几部分分别调试、刀Μ值0线拨码开关此处选用7其简单易行,,方便转换过程号,按键检测数码显示发功率控制信,直观灵活而阵列式键盘或拨码盘结构复杂使用不排除接线和程序的个别错误之后,单片机可。。正常工作Μ其它电路经简单调试后即可正常工作但在该电路中,用共阳极数码管Η≅显示温度值。4路移位寄存器Κ=巧7Λ/以串行方式发送数据7,输出控制部分在此只用各种颜色发光二极管的亮灭进行各温度状态下系统对温度的调节方式的模拟演示。56给4/其总是不能正确传输,,在实现过程中只要在相应电路中通、56/7故在电路中Μ印40的输出数据给4;把;5/67Μ604的输出的信号传给4。直接过继电器驱动电炉可2。电扇等加温降温执行部件即调试中发现发光二极管的亮度一直很微弱用万用表测量可知,,其输人电压只有,75Π,勉强,硬件电路调试及调试中发现的问题与解决方法测试仪器3能够发光,而456/7输出的电压依然为ΘΠ左右76机Σ、、Τ川一在线仿真机/、、数分析知456/在串行口工作方式下,负载很重。,字万用表、稳压电源3温度计,示波器。发光二极管分得的电流较小使其不能正常发光,。测试方法先对各单元功能模块进行独立测通过后,在此加人一块同相放大器Κ=价来驱动它们工作2=试,再进行上机整体测试,进行脱机测系统统调过程如下一3各单元均调通后7,进行整机调,试以提高调试效率。试,将调试好的各模块接在一起用,27采集电路测试调试目的3[∴]。仿真机代替4/5⊥/单片机进行模拟调试使温度采集电路输出的电压与温,用键盘设定一温度范围值当室温Κ℃!在该度的关系符合理论设计数值调试方法调节电位器3范围时Κ℃时在室温9>Χ,检验是否只有绿灯亮8当设定温度的范,可用一点测试法<,围上限值低于Κ℃时是否只有白灯亮散热状,ΡΒ使+Υ;Μ/50ς对地电阻为,运即态!8在设定温度范围下限值高于Κ℃时是否只放正端输人电压可。20,+ΩΠ十时,∀Π一二Κ+有红灯亮加热状态!7,。同时检测数码管显示值是。也可采用两点测试法,当温度在00℃之间/一否与温度计显示的值一致当系统能正常工作后巩Χ:中,,,变化时运放正端输人电压约为Κ222+Ω,将程序固定在456/调试,的≅≅9再进行脱机如不看能否正常调试时用可调电压信号模拟温度信号输人到运放正端∀+,,如正常工作,则系统设计就此完成,调节电位器ΠΒΡΞς使+Υ二Κ2Ω∀+时Πς二能正常工作运行。应作必须的检查调试调节Β皿使ς十22ΠΩ时Π∀。ΘΠ,则ΨΡ0℃/7仪Ζ∋+ϑ℃,即为输出精度。因软件还要校正。调试中发现集成固定三端稳压器Κ40/不能正测温值故基本符合上述数值即可故用两点法采用两点法确输出ΥΘΠ电压ΘΠ,故在电路中直接用高精度稳。,,较精确2,压电源提供Υ电压放大电路测试则Β二设计中放大倍数设定为/0二在脱机调试中发现系统无法复位,,经检查倍,=Β二0Β/90Β/2即可实现,起初选用知电路中没有接人复位电路经接人上电复位方九江学院学报自然科学版!么义!/年第期式的复位电路后,系统运行正常。只有7℃,原因在于系统误差、固有误差、元件误2/误差分析集成温度传感器误差校正3校正差等的存在。误差和温度误差。定性分析主要误差来源有3检测元件的固有校正误差3传感器在实际使用中所指示的温误差、转换的误差、数据量化误差。本设计有待度值和实际温度值的差值,该误差大小和温度成于进一步提高测控精度、减小误差、进一步提高正比,通过调整外部电阻可得到补偿。在∴ςΚ℃系统性能。时只要调整Β<使+3二20+Ω即可。该一点调整=结束语,法不能修正整个范围内的误差。本系统的设计方案有多种上述方案是从多温度误差校正误差调整后!3温度特性其具有功能强、的非种方案中选出的最优方案,成本线形引起的误差。如不进行误差调整,则总误差低、元件少、精度高、可靠性好、稳定性高、抗正误差与非线形误差之和,误差较大。、、为校、、调整干扰性强执行速度快简单易行具有实效性ΡΒ<使其在0℃时输出为0+,调整ΒΡΞ使,其在使用范围广等特点故具有推广价值。在此,由0/,℃时输出为Ψ+,再进行测温,精度提高。于篇幅所限没有给出具体的软件设计。系统理论测控精度为0=℃,而实际显示时,参考文献3〔_<陈润泰、许砚编检测技术与智能仪:_表〔长沙3中南工业大学出版社,7547ΚΛΔ740,7Λ一0【幻蔡美琴等:6Θ一7/系列单片机系统及其应用〔:_北京3高等教育出版社,755巧Δ7Κ,74一74/,752一75=「2」刘迎春、叶湘滨传感器原理设计与应用第三版!【:」长沙3国防科技大学出版社,75Κ7Κ2一7ΚΛ皿9≅叨曰肚飞Β;∴9皿逐;∗∴Χ:刃(66Χ⎯∴ΒΧΗ∗ %∋∀(%;?Θ9服;693Ζ∴,&∋−∋比以−<⊥(∀⊥喊.Ψ−Ω,α,Ψ∋β∀(%Θ(<),一Ζ6币珑6比9Σ&−,δ/7β,Ψ⊥δ%Ζ刃%(−Ζ,耐Δ,,<%⊥(&#山().ΨΨΖ−%−习.Ψ%,Ζ∋记帅此∋(β∀Ψ角相祀.Ψ−,ΩΨ,−−(%χ),Ζ−,∋Ω(%−,,Ζ(%⊥己伴而⊥,详川川犯−,Ψ<,−Ω,−,Α∋Ξ⊥ΨΖ仆,.ΨΩΨ,Ψ而,Ωχ⊥滋朋ΨΑ双犯,∀Ψδ546/7∀−,∀<<忱−∋(β,∀(∀δ−<−,倒,Σδ∋∗−<,(%,δ∋<往Ω,,0/,Ζ−Ζ∋(加χ∋,δΨ%Ψ%<Ω,Ω,−&χ姗,走厅叨βΨ∋.−∀<在永,及(样∋δ−,δ∗/7Ψ&ΑΑ<%,β场∋⊥,−δδΜ;6040(∋β∋(;Μ/50肠,∀&Σ−&−⊥流&−%%β玉比(−,∀<∀δΗ≅Μ∀−ΨΖ∀Ρ,+,叮ε%β(−,Ω,ΑΩΖ∴,%(&Σχ−Ψ%,己Ψ%丘兄β%ΡΖ−∋(,−一%α−丽−Ζ,∴Ζ,盯Ψ,−Ω&,Ψχ∋山比,一%α−比Μ−∀%βΨΣ<.∋Ζ−,,δ滋−,ΩΑ,∋δ−庄,姗−9%#Ψ−−Ζ,Ψβ.−Ζ∋Ψ,−−%嗯,朋βΖ−,Ψ.恤Ζ∋Ψ,α−,−δ⊥∋&∴∋⊥.∀#Ω,∋Ψ&匡,(∋β,∀<<如7(∋Ωβα−>≅丫φΧΒΜΘ3Θ%(少一Ζ6%Α%:⊥双犯∀ΩΑ&δ,−8∴,ΩΣ,∋δ−δ&,8介ΩΣ,∋δ−附⊥<∀⊥,−%()8及Ω拌Ω加此⊥(∀−9Χ<%飞8长朋Α,Ω姗β%ΨΑ】∋.8Θ碗⊥Ζ%()%(Α<<%−)(χ责任编辑陈平生!