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基于AT89C52的智能溫控儀設(shè)計(jì)
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資料類別
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電子電工畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） |
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課程(專業(yè))
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單片機(jī) |
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關(guān)鍵詞
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好萊塢電影|中外電影史 |
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適用年級(jí)
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大學(xué) |
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身份要求
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普通會(huì)員 |
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金 幣
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60 �。�金幣如何獲得？） |
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2009-05-18 21:21:00 |
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基于AT89C52的智能溫控儀設(shè)計(jì) 共46頁(yè)，12730字
一、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求
1． 設(shè)計(jì)題目：基于AT89C52的智能溫控儀設(shè)計(jì)
2． 設(shè)計(jì)要求：
（1）采用Pt1000溫度傳感器，測(cè)溫范圍0--100℃；
（2）系統(tǒng)可設(shè)定溫度值；
（3）設(shè)定溫度值與測(cè)量溫度值可實(shí)時(shí)顯示；
（4）控溫精度：±0.5℃。
3． 設(shè)計(jì)任務(wù)
（1）擬定電路。
（2）編制軟件流程圖及給出系統(tǒng)軟件主要部分的源程序
二、設(shè)計(jì)背景簡(jiǎn)介
溫度是科學(xué)技術(shù)中最基本的物理量之一，物理化學(xué)生物等學(xué)科都離不開(kāi)溫度。在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中，像電力、化工、石油、冶金、航空航天、機(jī)械制造、糧食存儲(chǔ)、酒類生產(chǎn)等領(lǐng)域內(nèi)溫度往往是表征對(duì)象和過(guò)程狀態(tài)的最重要的參數(shù)之一。
本文介紹采用測(cè)溫范圍寬、精度高的鉑熱電阻進(jìn)行溫度系統(tǒng)的測(cè)量和控制。
溫度控制系統(tǒng)具有非線性、時(shí)滯以及不確定性。單純依靠傳統(tǒng)的控制方式或現(xiàn)代控制方式都很難以達(dá)到高質(zhì)量的控制效果。而智能控制中的模糊控制通過(guò)從專家們積累的經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)的控制規(guī)則，對(duì)溫度進(jìn)行控制，可以有效地解決溫度控制系統(tǒng)的非線性、時(shí)滯以及不確定性。本節(jié)采用模糊控制對(duì)溫度進(jìn)行控制。
三、系統(tǒng)總體框圖
框圖說(shuō)明：本系統(tǒng)共用到兩片AT89C52單片機(jī)，即單片機(jī)A和單片機(jī)B，其中A機(jī)用于現(xiàn)場(chǎng)溫度采集和顯示，B機(jī)用于控制。A、B機(jī)通過(guò)max232硬件連接串口實(shí)現(xiàn)全雙工通信。A機(jī)采用中斷方式將采集的溫度值不停的發(fā)往B機(jī)，B機(jī)采用查詢方式實(shí)時(shí)接受A機(jī)發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)并將處理后的數(shù)據(jù)送往液晶顯示。B機(jī)通過(guò)按鍵輸入溫度設(shè)定值，并可將設(shè)定溫度值通過(guò)按鍵選擇發(fā)送模式發(fā)送到B機(jī)，經(jīng)A機(jī)簡(jiǎn)單處理送數(shù)碼管顯示。
A機(jī)將接收到的溫度值與當(dāng)前溫度值比較，將比較值作為控制加熱絲和風(fēng)扇
圖1 系統(tǒng)總體框圖
以及PWM占空比的依據(jù)，A機(jī)通過(guò)兩個(gè)四位一體的數(shù)碼管現(xiàn)場(chǎng)顯示當(dāng)前溫度和設(shè)定溫度，因此可以在現(xiàn)場(chǎng)可以動(dòng)態(tài)觀察到當(dāng)前溫度變化和當(dāng)前溫度與設(shè)定溫度之間的差值的大小。由于需要顯示日期、時(shí)間、溫度等眾多信息B機(jī)采用液晶顯示。B機(jī)的日期、時(shí)間等信息由實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS12887提供，因?yàn)镈S12887在斷電情況下可長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，且時(shí)間誤差極小所以省去時(shí)間調(diào)整環(huán)節(jié)。B機(jī)的存儲(chǔ)電路采用24C02存儲(chǔ)芯片，每次存儲(chǔ)包括日期、時(shí)間和A機(jī)發(fā)送來(lái)的溫度值在內(nèi)的共5個(gè)字節(jié)的信息，每隔一分鐘存儲(chǔ)一次信息，存儲(chǔ)芯片寫(xiě)滿以后地址指針指向頭地址，覆蓋掉最初的溫度值，由于24C02最多包含256個(gè)字節(jié)，因此最多可以保留51次存儲(chǔ)記錄，即最多能記錄50分鐘內(nèi)的溫度值。所以在查詢模式下最多可以查詢50分鐘以內(nèi)的溫度。
四、電路設(shè)計(jì)
1.電路設(shè)計(jì)整體思路
在溫度測(cè)量控制系統(tǒng)中，實(shí)際溫度值由鉑電阻恒流工作調(diào)理電路進(jìn)行測(cè)量。為了克服鉑電阻的非線性特點(diǎn)，在信號(hào)調(diào)理電路加入負(fù)反饋非線性校正網(wǎng)絡(luò)；調(diào)理電路的輸出電壓經(jīng)8 通道、多量程雙極性輸入、串行輸出、逐次逼近型12 bit AD 轉(zhuǎn)換器max1270轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)AT89C52；對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波及標(biāo)度變換處理后。由高集成化的串行輸入/輸出的共陰極LED驅(qū)動(dòng)顯示器max7219連接兩個(gè)四位一體數(shù)碼管顯示。輸入的設(shè)定值則有4位的獨(dú)立式鍵盤(pán)電路進(jìn)行調(diào)整，可分別對(duì)設(shè)定值的十位和個(gè)位進(jìn)行加一減一操作，送入單片機(jī)AT89c52后，有另一4位七段數(shù)碼管顯示。
本系統(tǒng)的模糊控制由單片機(jī)AT89C52的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先有溫度采樣值與設(shè)定值之差求出溫度誤差，進(jìn)一步求出誤差變化率，經(jīng)量化及限幅程序處理，得到誤差語(yǔ)言變量E和誤差變化率語(yǔ)言變量Ec，直接查詢模糊控制表就可獲的控制量U，然后有定時(shí)子程序處理，發(fā)出控制信號(hào)，控制加熱片及風(fēng)扇工作。加熱片及風(fēng)扇的控制電路采用晶體管驅(qū)動(dòng)的直流電磁繼電器的通斷時(shí)間，從而達(dá)到控制溫度的目的。若系統(tǒng)溫度偏高，則控制風(fēng)扇工作，進(jìn)行降溫；若溫度未達(dá)到設(shè)定值，則輸出溫度控制信號(hào)，控制加熱電路，進(jìn)行加熱。從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制溫度的目的。
2．基本硬件組成
（1）鉑電阻測(cè)溫調(diào)理電路
本系統(tǒng)采用恒流工作調(diào)理電路，鉑電阻選用標(biāo)稱值為1000歐的PT1000作為溫度傳感器，其物理、化學(xué)性能在高溫和氧化性介質(zhì)中非常穩(wěn)定，其靈敏度遠(yuǎn)高于PT100，在-259.34℃~630.74℃溫域內(nèi)可作為溫度標(biāo)準(zhǔn)。A1、A2和A3采用低溫漂移運(yùn)放OP07C，由于有電流流經(jīng)鉑電阻傳感器，所以當(dāng)溫度為0℃時(shí)，載波電阻傳感器上有壓降，這個(gè)電壓為鉑電阻傳感器的偏置電壓，是運(yùn)放A1輸出電壓的一部分，是恒流工作調(diào)理電路的輸出實(shí)際不為零。所以需要對(duì)這個(gè)偏置電壓調(diào)零，圖中R1為調(diào)零電阻，其作用是當(dāng)溫度為零度時(shí)，將恒流工作調(diào)理電路的輸出調(diào)為零。又因?yàn)殂K電阻的電阻特性為非線性，鉑電阻在0～100度變化范圍內(nèi)的非線性誤差為0.4％（0.4℃），就有可能對(duì)A/D量化和數(shù)碼管顯示造成影響，所以加入了線性化電路，圖中運(yùn)放AR3、及R5、R6和R7一起構(gòu)成了負(fù)反饋非線性化校正化網(wǎng)絡(luò)，R3用于調(diào)整運(yùn)放A2的增益。
電路的調(diào)整方法如下（用精密可調(diào)電阻代替鉑電阻進(jìn)行調(diào)整）：
① 將精密可調(diào)電阻調(diào)整到相當(dāng)于0℃的阻值（1000歐），用R1調(diào)零。
② 將精密可調(diào)電阻調(diào)整到相當(dāng)于50℃的阻值（1193.971歐），用R3調(diào)整增益。
③ 將精密可調(diào)電阻調(diào)整到相當(dāng)于100℃的阻值（1385.055歐），用R6或R7調(diào)整線性。
④ 反復(fù)調(diào)整多次，在0~100℃溫度范圍內(nèi)適宜為止。
圖2 鉑電阻恒流工作調(diào)理電路
（2）A/D轉(zhuǎn)換電路
目前A/D 轉(zhuǎn)換器的種類繁多，從數(shù)據(jù)輸出形式上可分為串行輸出與并行輸出兩大類。其中串行輸出AD轉(zhuǎn)換器因其硬件接口簡(jiǎn)單而得到廣泛應(yīng)用。另外，從可接受的輸入信號(hào)極性上看，A/D 轉(zhuǎn)換器又可分為單極性輸入和雙極性輸入。在很多的數(shù)據(jù)采集場(chǎng)合常常面對(duì)極性可變的模擬信號(hào)。當(dāng)然可將待轉(zhuǎn)換信號(hào)進(jìn)行電位移動(dòng)以將其轉(zhuǎn)化為單一極性，但如此便增加了電路的復(fù)雜性。串行輸出、雙極性輸入A/D 轉(zhuǎn)換器MAX1270不增加任何硬件電路可實(shí)現(xiàn)對(duì)雙極性模擬信號(hào)A/D 轉(zhuǎn)換。MAX1270 是8 通道、多量程雙極性輸入、串行輸出、逐次逼近型12 bit AD 轉(zhuǎn)換器。其封裝形式有24 腳Narrow PDIP 和28 腳SSOP 兩種。PDIP 封裝的引腳排列如圖4所示。各有用引腳功能如下：1－VDD，+5V 電源輸入端；2、4－DGND，數(shù)字地；5－SCLK，串行時(shí)鐘輸入端；6－/CS,片選輸入端，低電平有效；7－DIN,串行數(shù)據(jù)輸入，即AD 轉(zhuǎn)換控制字輸入端；8－SSTRB,串行數(shù)據(jù)輸出選通輸出端；10－DOUT,串行數(shù)據(jù)輸出端；11－/SHDN,掉電模式控制輸入端，
圖3 MAX1270 引腳排列
低電平有效；12－AGND,模擬地；13~20－CH0~CH7,模擬信號(hào)輸入端；21－REFADJ，參考電壓輸出/外部調(diào)節(jié)輸入；23－REF，參考電壓緩沖輸出/ADC 的參考輸入。
① MAX1270 的控制字
MAX1270 的8 位控制字及其功能如表1 所示。最高位START 為起始位（高電平），標(biāo)志控制字的開(kāi)始。/CS 為低電平期間，控制字在時(shí)鐘脈沖SCLK 作用下先高位后低位通過(guò)DIN 端輸入。
表1 控制字格式
BIT7(MSB) BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0(LSB)
START SEL2 SEL1 SEL0 RNG BIP PD1 PD0
② 時(shí)鐘模式與轉(zhuǎn)換速率
PD1PD0 為掉電/時(shí)鐘模式選擇位。PD1PD0＝10、11 時(shí)為省電模式。正常工作時(shí)MAX1270有外部時(shí)鐘與內(nèi)部時(shí)鐘兩種工作模式。PD1PD0＝01 時(shí)為外部時(shí)鐘模式，串行數(shù)據(jù)的移入、移出以及數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換都由SLCK 端的輸入脈沖控制。PD1PD0＝00 時(shí)為內(nèi)部時(shí)鐘模式，
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)鐘由芯片自己產(chǎn)生，減輕了微處理器的負(fù)擔(dān)，使得轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)可在微處理器方便的任何時(shí)刻讀取，利于提高微處理器的工作效率。外部時(shí)鐘模式分為25SCLK/s（每個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換需要25 個(gè)時(shí)鐘周期）和18 SCLK/s 兩種方式，后者轉(zhuǎn)換速率稍快的原因是在全部數(shù)
據(jù)轉(zhuǎn)換期間/CS 始終維持有效電平。內(nèi)部時(shí)鐘模式也有20、16、13 SCLK/s 等不同轉(zhuǎn)換方式。不同的時(shí)鐘模式和轉(zhuǎn)換方式，其轉(zhuǎn)換速率不同。在外部時(shí)鐘模式、SCLK 速率為2MHz、18SCLK/s 時(shí)MAX1270 轉(zhuǎn)換速率可達(dá)110ksps。
③ 通道選擇與輸入范圍
SEL2~SEL0 為通道選擇位，000~111 分別選擇輸入通道CH0~CH7。RNG~BIP 為輸入范圍選擇位，MAX1270 有4 種輸入范圍RNG~BIP 置00 時(shí) 0～5V 單極性輸入， 置01 時(shí)0～+10V 單極性輸入； 置10 時(shí) -5～+5V 雙極性輸入；置11 時(shí)-10～+10V 雙極性輸入。
④傳輸函數(shù)與輸出數(shù)據(jù)格式
對(duì)單極性輸入，1LSB＝FS/4096，輸出數(shù)據(jù)為12 位二進(jìn)制碼。對(duì)雙極性輸入，1LSB＝FS/2048，輸出數(shù)據(jù)為12 位二進(jìn)制補(bǔ)碼。
⑤參考電壓
MAX1270 可使用芯片內(nèi)的4.096V 參考電壓，也可使用外部參考。。圖是使用片外參考和片內(nèi)參考時(shí)相關(guān)管腳的接法。
圖4 管腳連接圖 (a) 使用片內(nèi)參考電壓 (b)、(c)使用片外參考電壓
相關(guān)說(shuō)明：
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