基于8051的變速調溫系統

在某些生產(chǎn)過(guò)程中，溫度需要根據工藝要求快速或慢速升降或保持恒定，如果采用人工控制，不但費時(shí)費力，而且控制精度與操作人的經(jīng)驗、身體情況、精神狀況等有關(guān)，易出現較大誤差。所以需要設計高性能的溫控系統。

以MCS-51系列單片機8051為核心元件，以熱電偶作為測溫元件，設計全自動(dòng)變速溫控系統，加熱爐的加熱時(shí)間可以根據工藝溫度曲線(xiàn)自動(dòng)調節，從而實(shí)現溫度的智能控制。

1　工作原理

各個(gè)時(shí)間段的溫度預定值存儲在存儲器中，系統通過(guò)程序每隔20 s查詢(xún)一次當前預定值是否在恒溫時(shí)間內，如果不在恒溫時(shí)間內，則取出下一組預定值，否則保持當前設定值，并累計恒溫時(shí)間。

熱電偶測量的溫度值轉換為電勢后，由模數轉換電路ADC0809轉換為數字量，由P1口送入單片機。每隔10 s由時(shí)間中斷控制對實(shí)測溫度進(jìn)行采樣，并將采集到的溫度值與設定值進(jìn)行比較，若實(shí)際溫度超出預先設定的控制量，系統執行截止或全功率輸出指令，從而控制可控硅的導通角，控制溫度的升降。若實(shí)際溫度沒(méi)有超出預定的控制范圍，系統按預定值控制可控硅每秒導通的脈沖數，維持預先的溫度曲線(xiàn)。

對控制系統的干擾，一是電網(wǎng)電壓的波動(dòng)導致電熱爐失控；二是電熱爐本身狀況的改變。針對這兩種情況，系 統對電網(wǎng)電壓和電熱爐工況進(jìn)行采樣，經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò )傳送給控制系統，改變可控硅的通斷時(shí)間比，從而抵消上述干擾帶來(lái)的影響。

2　硬件設計

8051應用廣泛，功能強大，價(jià)格低，其內部有4 kBROM程序存儲器，128 kBRAM數據存儲器，32根I／O線(xiàn)，2個(gè)16 b定時(shí)／計數器，5個(gè)中斷源。硬件電路如圖1所示。

由于8051內部集成了4 kBROM，根據程序需要進(jìn)行存儲器的擴展，用一片EPROM2716作為8051的外部程序存儲器，由8051的P0口傳送的2716低8位地址經(jīng) 74LS273鎖存后，與2716的低8位相連，高3位A8～A10由P2口的低3位P2．0～P2．2直接傳送，ALE的下降沿用來(lái)鎖存外部地址，并用 PSEN作為外部EPROM的選通信號。溫度曲線(xiàn)的設定值和可控硅每秒導通脈沖數存放于8051的內部程序存儲器中。

當內部存儲器被選中，取出下一組溫度值時(shí)，同時(shí)輸出下一組預置的每秒導通脈沖數，經(jīng)鎖存器74LS273送往由2片CD40192級連后組成的預置計數器，進(jìn)行預置計數，當 CD40192的PE端為“0”時(shí)，鎖存于74LS273中的預置數即置于CD40192中，CD40192開(kāi)始計數，當計滿(mǎn)預置數時(shí)，計數器清零，并發(fā)出一個(gè)控制信號，送入過(guò)零觸發(fā)器使可控硅截止。

可控硅過(guò)零觸發(fā)器每秒只導通預置脈沖數，當要求導通時(shí)，在電源過(guò)零點(diǎn)前就發(fā)出一個(gè)控制信號，使大功率雙向可控硅在電源過(guò)零處導通。

熱電偶采集的溫度模擬信號由ADC0809經(jīng)P1口送入8051進(jìn)行數據處理，實(shí)測溫度與設定溫度比較后的偏差值，經(jīng)接口芯片8255送往顯示器進(jìn)行溫度顯示。

3　程序設計

系統軟件主要由主程序模塊、A／D轉換模塊、數據處理模塊、顯示模塊組成。

主程序模塊和A／D轉換模塊程序流程圖如圖2和圖3所示。