基于單片機及PC機的溫度控制系統設計
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目前，水溫控制被廣泛應用于食品、醫藥、化工、家電等很多領(lǐng)域，水溫控制的好壞直接影響著(zhù)產(chǎn)品的品質(zhì)，因此，水溫控制具有十分重要的意義。本設計的任務(wù)與要求為1 L水由1 kW的電爐加熱，要求水溫可以在一定范圍內由人工設定，并能在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現自動(dòng)調整，以保持設定的溫度基本不變。主要性能指標：溫度設定范圍為25．0～100℃，最小區分度為0．1℃，溫度控制的靜態(tài)誤差小于或等于0．1℃，用SMC1602A液晶顯示模塊顯示實(shí)際水溫和PID控制算法中的三個(gè)主要參數Kc、Ti、Td的賦值，用串口調試精靈將PID控制器的輸出和溫度采樣值顯示在PC機上。
1 系統方案
本設計以STC89C52單片機為核心，采用了溫度傳感器DS18B20、RS232標準接口及PID控制算法對溫度進(jìn)行控制。
該水溫控制系統是一個(gè)典型的檢測、控制型應用系統，它要求系統完成從水溫檢測、信號處理、輸入、運算，到輸出控制電爐加熱功率以實(shí)現水溫控制的全過(guò)程。本設計實(shí)現了水溫的智能化控制以及提供完善的人機交互界面及PC機與單片機通信接口，系統由PC機與單片機通信模塊、溫度檢測及其顯示模塊、PID控制算法等模塊組成，其特點(diǎn)在于采用PC機與單片機通信，系統框圖如圖1所示。
2 硬件電路設計
本電路總體設計包括四部分：主機控制部分(STC89C52)、溫度采樣與顯示電路、溫度控制電路、PC機與單片機通信電路。
2．1 主機控制部分
主機控制部分是電路的核心，系統的控制采用單片機89C52。單片機89C52內部有8 KB單元的程序存儲器以及512 B的數據存儲器，因此，系統不必擴展外部程序存儲器和數據存儲器，這樣就可以大大減少系統硬件部分的復雜度。
2．2 溫度采樣與顯示電路
系統的信號采集與顯示電路主要由溫度傳感器DS18B20和SMC1602A液晶顯示模塊兩部分組成。
DS18B20采用獨特的單線(xiàn)接口方式，在與微處理器連接時(shí)，僅需要一條口線(xiàn)即可實(shí)現微處理器與DS18B20的雙向通信。測溫范圍為-55～+125℃，固有測溫分辨率為0．5℃，工作電源為3～5 V／DC，在使用中不需要任何外圍元件，測量結果以9～12 b數字量方式串行傳送，適用于DN15～25、DN40～DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空問(wèn)設備的測溫。
SMC1602液晶顯示器以其微功耗、小體積、使用靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)在袖珍式儀表和低功耗應用系統中得到越來(lái)越廣泛的應用。液晶顯示器通?？煞譃閮纱箢?lèi)，一類(lèi)是點(diǎn)陣型，另一類(lèi)是字符型。點(diǎn)陣型液晶通常面積較大，可以顯示圖形；而一般的字符型液晶只有兩行，面積小，只能顯示字符和一些很簡(jiǎn)單的圖形，簡(jiǎn)單、易控制且成本低。目前，市面上的字符型液晶絕大多數是基于HD44780液晶芯片的，所以控制原理是完全相同的，為HD44780寫(xiě)的控制程序可以很方便地應用于市面上大部分的字符型液晶。字符型LCD通常有14條引腳線(xiàn)(市面上也有很多16條引腳線(xiàn)的LCD，多出來(lái)的2條線(xiàn)是電源線(xiàn)VCC(15腳)和地線(xiàn)GND。
2．3 溫度控制電路
此部分電路主要由光電耦合器、三極管和繼電器組成。光電耦合器的耐壓值為400 V，它的輸出級經(jīng)三極管將功率放大后控制繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)的通斷，從而最終達到控制電爐子的目的，100 Ω電阻與0．01 μF電容組成雙向可控硅保護電路。
2．4 PC機與單片機通信電路
為了使系統具有更好的人機交換界面，在系統設計中我們通過(guò)Visual Basic語(yǔ)言設計了微機控制界面。系統與微機的通信大大提高了系統的各方面陛能。
由于單片機89C52串行口為T(mén)TL電平，而PC機為RS232電平，因此，系統采用了MAX232電平轉換芯片來(lái)進(jìn)行電平轉換。
因為系統設計了通信功能，即主系統(89C52)和PC機的通信，所以在觀(guān)察PID控制器的輸出時(shí)更加明顯，很大程度上降低了參數整定的難度。另外，通過(guò)可視化窗口能夠看到系統的采樣值。
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