一種基于單片機的溫度監控系統設計

在工業(yè)控制領(lǐng)域，溫度控制的應用非常廣泛，控制精度的高低直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量及使用壽命，研究和設計高性能的溫度控制系統具有非常重要的意義。目前控制算法的多樣化也為溫度控制提供了便利條件，應用較為普遍的有比例積分微分(PID)控制、模糊控制等。本文根據某溫控設備的控制要求設計了一種以單片機為核心的監控系統。系統采用熱電偶溫度傳感器測溫，利用位置式PID算法，實(shí)現了溫度的實(shí)時(shí)監測、超限報警、顯示與控制等功能。

1 系統硬件設計
本系統主要由熱電偶溫度傳感器、OP27低噪聲精密運算放大器、雙積分型A／D轉換器ICL7135、可編程定時(shí)／計數接口芯片8253、AT89C51單片機等器件組成。系統框圖如圖1所示。

1．1 電源模塊
電源模塊分模擬電源和數字電源兩大部分，分別對本機的模擬電路和數字電路供電，地線(xiàn)各自獨立，按A／D轉換器的要求只在A(yíng)／D轉換器處將模擬地和數字地相連。數字電源和模擬電源都采用三端穩壓塊穩壓，在個(gè)別要求電源精度較高的場(chǎng)合選用低溫漂穩壓二極管進(jìn)行二級穩壓。
1．2 溫度采集模塊
溫度數據采集模塊以熱電偶溫度傳感器為核心部件，將溫度變化量轉化為電壓信號，經(jīng)精密運算放大器OP27進(jìn)行放大，放大后的電壓信號輸出到ICL7135雙積分型A／D轉換器進(jìn)行高精度模數轉換。A／D轉換后，往往要進(jìn)行相應的換算，得到系統所需要的數據。之后將數據送往單片機，此信號一部分送往顯示模塊，以提供實(shí)時(shí)數據的顯示；另一部分送往控制模塊，將實(shí)時(shí)數據與目標數據對比，繼而進(jìn)行控制。圖中采用8253接口電路是為系統升級為具有多路溫度檢測控制功能而設置的。
1．3 輸出控制
輸出控制電路主要包括驅動(dòng)和執行兩部分?？捎眠_林頓陣列ULN2003來(lái)作驅動(dòng)，進(jìn)而控制交流固態(tài)繼電器(AC-SSR)中的雙向可控硅的關(guān)斷和導通，以便切斷或接通加熱電源。原理是采用雙向可控硅交流“調功”方式控制加熱電熱絲發(fā)熱量，即在每一個(gè)控制周期時(shí)間內，改變加在電熱負載上交流電壓半波的個(gè)數來(lái)調節電熱絲的發(fā)熱量。