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淺論單片機(jī)在溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用
（作者未知） 2010/6/19
[論文關(guān)鍵詞]單片機(jī) 溫度 控制
[論文摘要]以單片機(jī)為基礎(chǔ)，分別以轎車溫控系統(tǒng)和貯液容器溫控系統(tǒng)為例，闡述單片機(jī)在溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用原理。
一、單片機(jī)在貯液容器溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用
該系統(tǒng)中以貯液容器溫度為被控參數(shù)，蒸汽流量為控制參數(shù)，輸入貯液容器冷物料的初溫為前饋控制，構(gòu)成前饋一反饋控制系統(tǒng)。發(fā)揮前饋控制和反饋控制的各自優(yōu)勢(shì)，將可測(cè)而不可控的干擾由前饋控制克服，其他干擾由反饋控制克服，從而達(dá)到控制貯液容器溫度。滿足工藝要求的目的。
（一）硬件設(shè)計(jì)。選單片機(jī)AT89C51為主機(jī)，配以兩路傳感變送器、多路開(kāi)關(guān)、A／D轉(zhuǎn)換器、D／A轉(zhuǎn)換器、V／I轉(zhuǎn)換器、調(diào)節(jié)閥等實(shí)現(xiàn)對(duì)貯液容器溫度的自動(dòng)控制，同時(shí)還設(shè)有報(bào)警電路、鍵盤(pán)和顯示電路。系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)，貯液容器的溫度恒定在工藝要求的數(shù)值不變。當(dāng)冷物料的初始溫度與其設(shè)定值相比發(fā)生變化時(shí)，如果變化很小，將完全由前饋控制來(lái)克服這一變化給系統(tǒng)帶來(lái)的影響；如果變化大，前饋控制不能完全克服這一變化給系統(tǒng)帶來(lái)的影響，反饋控制則開(kāi)始動(dòng)作。當(dāng)冷物料的初始溫度不變，而由其他干擾引起貯液容器的溫度發(fā)生變化時(shí)，只有反饋控制動(dòng)作，最終使系統(tǒng)重新達(dá)到穩(wěn)態(tài)。
1．前向通道的設(shè)計(jì)
采用JUMU90系列的溫度傳感變送器，其輸入范圍為：0℃～500℃，輸出為4mA～20mA(DC)，測(cè)量精度為0.5％．選用10位逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換芯片AD571[2]，接收到有效的CONV ERT命令后，內(nèi)部的逐次逼近寄存器從最高位開(kāi)始順次經(jīng)電流輸出的DAC在比較器上與模擬量經(jīng)5k8電阻所產(chǎn)生的電流相比較。檢測(cè)完所有位后，SAP中包含轉(zhuǎn)換后的10位二進(jìn)制碼。轉(zhuǎn)換完成后，SAP發(fā)出DR信號(hào)(低電平有效)，單片機(jī)查詢到DR=0時(shí)，便使其打開(kāi)三態(tài)緩沖器輸出數(shù)據(jù)。
2．后向通道的設(shè)計(jì)
(1)D／A轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)。為了滿足系統(tǒng)的精度要求，選用10位的D／A轉(zhuǎn)換器DAC1020。由于其內(nèi)部不帶有鎖存器，所以必須通過(guò)I／O 口才能與AT89C51單片機(jī)連接，又由于AT89C51的字長(zhǎng)是8位的，一次操作只能傳輸8位數(shù)據(jù)．因此AT89C51必須進(jìn)行兩次操作才能把一個(gè)完整的10位數(shù)據(jù)送到AC1020。為了使10位數(shù)據(jù)能夠同時(shí)送人DAC1020，避免輸出電壓波形出現(xiàn)毛刺現(xiàn)象，故必須采用雙緩沖器方式。AT89C51先把高2位數(shù)據(jù)輸出到74LS74(1)，接著把低8位數(shù)據(jù)輸出到74LS377，與此同時(shí)74LS377的片選信號(hào)也作為74LS74(2)的時(shí)鐘脈沖，把74IS74(1)的內(nèi)容打人74LS74(2)中，從而使一個(gè)完整的數(shù)據(jù)同時(shí)到達(dá)DAC1020的數(shù)據(jù)輸入端．這樣就消除了DAC輸出端的毛刺現(xiàn)象。
(2)執(zhí)行器及調(diào)理電路的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)中選用的是ZMAN 16BG，ZGICr18Ni9Ti型號(hào)的對(duì)數(shù)流量特性的調(diào)節(jié)閥。閥的輸入信號(hào)為氣信號(hào)，而D／A轉(zhuǎn)換器的輸出為Ov～5 V的電壓信號(hào)．所以在D／A轉(zhuǎn)換器和調(diào)節(jié)閥之間要加一個(gè)V／I轉(zhuǎn)換器和一個(gè)電氣閥門(mén)定位器，將0v～5v的電壓信號(hào)先轉(zhuǎn)換成4mA～20mA的電流信號(hào)后，再將4mA～20mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成0．02MPa～0．1MPa的氣信號(hào)。使調(diào)節(jié)閥接收氣信號(hào)而工作。
（二）軟件設(shè)計(jì)。經(jīng)分析，系統(tǒng)軟件可采用結(jié)構(gòu)化模塊程序設(shè)計(jì)，主要有系統(tǒng)主程序、看門(mén)狗中斷服務(wù)程序、鍵盤(pán)掃描子程序、顯示子程序、報(bào)警子程序、A／D轉(zhuǎn)換子程序、D／A轉(zhuǎn)換子程序、PID數(shù)據(jù)處理子程序、BCD碼轉(zhuǎn)換子程序。
主程序開(kāi)始后，先對(duì)單片機(jī)AT89C51和8155芯片進(jìn)行初始化，接下來(lái)是開(kāi)中斷，調(diào)用鍵盤(pán)掃描子程序，選通多路模擬開(kāi)關(guān)的1號(hào)通道，將采集的數(shù)據(jù)送人A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后傳入單片機(jī)。若溫度越限就報(bào)警處理，否則直接處理后送顯示，再選通多路模擬開(kāi)關(guān)的2號(hào)通道，將采集的數(shù)據(jù)送人A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后送人單片機(jī)進(jìn)行總的運(yùn)算處理，輸出給D／A轉(zhuǎn)換器變成模擬信號(hào)去改變調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度。
二、單片機(jī)在汽車空調(diào)溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用
（一）硬件系統(tǒng)。本系統(tǒng)選用ATMEL公司的AT89系列單片機(jī)中的AT89C52，AT89C52單片機(jī)是一種新型的低功耗、高性能且內(nèi)含8K字節(jié)閃電存儲(chǔ)器的8位CMOS微控制器，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS一51指令系列和引腳完全兼容。有超強(qiáng)的加密功能，其片內(nèi)閃電存儲(chǔ)器的編程與擦除完全用電實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)不易揮發(fā)，編程／擦除速度快。AT89C52芯片內(nèi)部有6個(gè)中斷源：兩個(gè)外部中斷INTO和INT1．三個(gè)定時(shí)器中斷(定時(shí)器0，1，2)和一個(gè)串行口中斷。在本系統(tǒng)中涉及到AT89C52芯片的中斷源有五個(gè)：分別是外部中斷INT1，定時(shí)／計(jì)數(shù)器T0，T1和T2以及串行口中斷。本測(cè)（未完，下一頁(yè)）
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