基于C8O51F04O單片機的溫度遙測遙控系統

2 硬件設計
系統硬件主要由C8051F040單片機最小系統、PTR2000無(wú)線(xiàn)通信模塊、TCA785移相調壓控制模塊、Ptl00測溫模塊、WDK505測液位模塊等組成。
2．1 C8051F040單片機最小系統
最小系統以單片機C8051F04O為核心，包括晶體振蕩電路、復位電路、抗干擾電路、電壓基準電路和電源部分。C805lF040單片機是美國Cygnal公司生產(chǎn)的完全集成的混合信號系統級芯SoC。它具有64kB Flash、4352BRAM、CAN控制器2．0、兩個(gè)串行接口、5個(gè)16位定時(shí)器、12位A／D轉換器、8位A／D轉換器及12位D／A轉換器等，它內部還帶有JTAG接口，使調試變得非常方便。
2．2 PTR2000無(wú)線(xiàn)通信模塊
該器件將接收和發(fā)射合接為一體，工作頻率為國際通用的數傳頻段433MHz；采用FSK調制／解調，可直接進(jìn)入數據輸入／輸出，抗干擾能力強。該模板塊在內部集成了高頻接收、PLL合成、FSK調制／解調、參量放大、功率放大、頻道切換等功能。通信距離可以滿(mǎn)足設計要求，設計電路中將PTR2000的一部分通過(guò)MAX232進(jìn)行電平轉換后與計算機串口連接，另一部分與最小系統連接。
2. 3 TCA 785移相調壓控制模塊
加熱模塊采用移相觸發(fā)集成觸發(fā)器來(lái)實(shí)現。觸發(fā)器TCA785過(guò)零點(diǎn)的識別能力高，移相范圍更寬，輸出脈沖的整齊度更好，可使受控元件在0V到220V無(wú)級改變，常用于對精度要求高，受控環(huán)境惡劣的條件下。移相觸發(fā)是通過(guò)改變電壓調節導通角來(lái)實(shí)現調壓，負載兩端的電壓及平均功率是隨移相觸發(fā)角的變化而變化的。在可控硅的每個(gè)正或負的周期中都有保持通、斷的部分，即輸出連續可調，能適應各種性質(zhì)的負載。本系統為加熱單元設置了總控開(kāi)關(guān)，上位機可直接控制開(kāi)關(guān)的通斷，用燈泡顯示開(kāi)關(guān)狀態(tài)。其控制原理圖見(jiàn)圖2。

2．4 Ptl00測溫模塊
Ptl00溫度傳感器為正溫度系數熱敏電阻傳感器，具有抗振動(dòng)、穩定性好、準確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。鉑熱電阻的線(xiàn)性較好，在0到100℃之間變化時(shí)，最大非線(xiàn)性偏差小于0．5℃。鉑熱電阻阻值與溫度關(guān)系為：

式中，A=0．00390802；B=-0．000000580；其阻值表達式可近似簡(jiǎn)化為：Rpt00=100×(1+At)，當溫度變化1℃，Ptl00阻值近似變化0．39 Ω。
2．5 WDK505測液位模塊
采用WDK505壓力變送器測量液位。該儀器具有防結露、防雷擊設計，抗干擾能力強，長(cháng)期穩定性好等優(yōu)點(diǎn)。芯片置于全不銹鋼殼體內堅固密封，可靠性好，精度高。

3 軟件設計
此系統的主要任務(wù)是對C8051F040芯片的初始化和各種參數的設置和通信，并顯示。重點(diǎn)是超調量控制、溫度控制PID實(shí)現以及上位機軟件的編寫(xiě)。
3．1 超調量控制
實(shí)驗表明，水溫控制系統中，采用一般的控制始終具有較大的超調，只能靠自然冷卻，這就使得調節時(shí)間大大延長(cháng)。因此，在水溫控制系統中要縮短調節時(shí)間，就必須做到基本無(wú)超調。通過(guò)反復實(shí)驗，采用在程序中加入PID算法以及模糊控制方法進(jìn)行溫度控制。實(shí)踐證明，這種控制方式可以加快系統階躍響應，減小超調量，并且具有較高的溫度控制精度。
3．2 上位機軟件
上位機軟件利用VC++編寫(xiě)，可以設置2個(gè)通道的上、下限溫度和液位，以及溫度和液位的實(shí)時(shí)顯示和溫度隨時(shí)間變化曲線(xiàn)。上位機軟件可以打印溫度曲線(xiàn)，可以全圖打印，也可以局部打印，還可以隨時(shí)查看歷史數據。其界面如圖3所示。