基于STC89C58的溫度測控系統設計

摘要：本次設計的溫度測控系統采用MCS-51系列單片機中的STC89C58作為微處理器，使用集成溫度傳感器AD-590采集溫度信息，光電耦合雙向晶閘管為驅動(dòng)電路，可精確地采集環(huán)境溫度信息，穩定性高，抗干擾性強。接受信息后處理器可快速地作出反應，導通驅動(dòng)電路，實(shí)現溫度調節。本文從硬件和軟件兩方面介紹了MCS-51單片機溫度控制系統的設計思路，對硬件原理圖和程序框圖作了簡(jiǎn)捷的描述。

關(guān)鍵詞：MCS-51單片機;溫度檢測;溫度控制;溫度傳感器

溫度是工業(yè)控制中主要的被控參數之一，特別是在冶金、化工、建材、食品、機械、石油等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用。隨著(zhù)電子技術(shù)和微型計算機的迅速發(fā)展，微機測量和控制技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應用。單片機具有處理能力強、運行速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，應用在溫度測量與控制方面，控制簡(jiǎn)單方便，測量范圍廣，精度較高。本設計使用單片機作為核心進(jìn)行控制。單片機具有集成度高，通用性好，功能強，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強和使用方便等獨特優(yōu)點(diǎn)，在數字、智能化方面有廣泛的用途。

1 系統結構及工作原理

根據應用系統的要求及軟硬件功能的劃分，初步確定應用系統硬件結構如圖1所示。

利用溫度傳感器AD590可以直接瀆取被測溫度值，進(jìn)行轉換的特性，模擬溫度值經(jīng)過(guò)ADC0809處理后轉換為數字值，然后送到單片機中進(jìn)行數據處理，并與設置的溫度報警限比較，超過(guò)限度后通過(guò)揚聲器報警。同時(shí)處理后的數據送到LCD中顯示。

1.1 系統硬件設計

1.1.1 微處理器選擇和主機系統設計

由于本設計對控制精度要求不高，控制功能一般，故選擇常用的MSC-51系列單片機中的STC89C58作為微處理器。片外程序存儲器選用2732，容量為4 k×8位。因采集和處理的數據不多且不需要保留，估計數據存儲器使用片內的即能滿(mǎn)足要求。其中，硬件元器件STC89C58有40條引腳，有兩條專(zhuān)門(mén)用于電源的引腳，兩條外接晶振的引腳，四條控制或與其他電源復用的引腳，32條L/O引腳。

1.1.2 輸入通道設計

輸入通道只有一個(gè)，包括溫度傳感器、放大器和A/D轉換器三部分。本次設計的溫度檢測范圍屬于低溫，適用于低溫的檢測元件有熱電偶、熱敏電阻、集成溫度傳感器等。

1)這里采用集成溫度傳感器AD590。這種傳感器是一個(gè)雙端元件，其工作溫度范圍為-55℃～+150℃，要求工作電源為直流+4 V～+30 V。它能把溫度信號變?yōu)榕c絕對溫度成比例的電流信號，比例因子為1 μA/K。其穩定性高，線(xiàn)形度好，測溫誤差有±1、±0.5、±0.3幾種等級。

AD590本身產(chǎn)生的電流信號，通過(guò)運算放大器TD07對電流做加法運算。在運放輸出端可得到合適的電壓信號，作為A/D轉換的輸入。電阻RP1、RP2的選擇原則是使運放輸出電壓為0;當溫度為60℃時(shí)，調節RP2使運放輸出電壓為4.69 V。如果0℃不能實(shí)現，也可以在另外一個(gè)溫度點(diǎn)上(如室溫)來(lái)調整。0 V和4.69 V經(jīng)A/D轉換后的數字量為00H和F0H(240)，這樣對應1℃的數字量為04H，便于進(jìn)行溫度的標度變換。

AD590是電流型溫度傳感器，通過(guò)對電流的測量可得到所需要的溫度值。根據特性分擋，AD590的后綴以I，J，K，L，M表示。AD590L，AD 590M一般用于精密溫度測量電路，它采用金屬殼3腳封裝，其中1腳為電源正端V+;2腳為電流輸出端IO;3腳為管殼，一般不用。

AD590的工作原理是在被測溫度一定時(shí)，AD590相當于一個(gè)恒流源，把它和5～30 V的直流電源相連，并在輸出端串接一個(gè)1 kΩ的恒值電阻，那么，此電阻上流過(guò)的電流將和被測溫度成正比，此時(shí)電阻兩端將會(huì )有1 mV/K的電壓信號。

2)本系統的運算放大器采用TD07。TD07高精度運算放大器具有極低的輸入失調電壓，極低的失調電壓溫漂，非常低的輸入噪聲電壓幅度及長(cháng)期穩定等特點(diǎn)?？蓮V泛應用于穩定積分、精密絕對值電路、比較器及微弱信號的精確放大，尤其適應于宇航、軍工及要求微型化、高可靠的精密儀器儀表中。

3)本系統的AD轉換芯片采用ADC0809。ADC0808是精度為8位的CMOS器件，不僅包括一個(gè)8位的逐次逼近型的ADC部分，而且還提供一個(gè)8通道的模擬多路開(kāi)關(guān)和通道尋址邏輯，因而有理由把它作為簡(jiǎn)單的“數據采集系統”。利用它可直接輸入8個(gè)單端的模擬信號分時(shí)進(jìn)行A/D轉換。

1.1.3 輸出通道設計

輸出通道有3條，分別控制3臺電爐通電和斷電。這是3條具有相同結構的開(kāi)關(guān)量輸出通道，擬采用前面介紹的光電耦合雙向晶閘管驅動(dòng)電路。

2 系統軟件設計

2.1 軟件總體設計

應用程序結構采用中斷方式，由定時(shí)器發(fā)出定時(shí)中斷申請。主程序進(jìn)行系統初始化，包括定時(shí)器、I/O口和中斷系統的初始化，等待定時(shí)中斷。在中斷服務(wù)程序中，先判斷是否到30 s。若不到30s，則返回;若到30s，進(jìn)行以下操作：撥盤(pán)設定值檢測、溫度檢測、標度變換、溫度顯示和溫度控制，并根據溫度檢測值決定是否報警。

在應用程序總體結構中，將以下6個(gè)功能程序作為模塊程序：溫度設定輸入、溫度檢測、溫度值標度變換、溫度顯示、溫度控制和報警程序模塊。

2.2 程序模塊設計

下面說(shuō)明溫度檢測和溫度控制這兩個(gè)模塊的程序設計。

1)溫度檢測程序模塊。溫度檢測程序的功能是連續進(jìn)行4次A/D轉換，求取轉換結果的平均值，存入內部50 H單元，A/D轉換采用查詢(xún)方式。

2)溫度控制程序模塊。溫度控制程序的功能是將溫度實(shí)測值(存于50H)與設定值(存于51H)作比較，如測值高于設定值1℃(注意，此值小于要求誤差2℃，對應的數字量為04H)，則關(guān)閉1臺電爐;如實(shí)測值低于設定值，則接通一臺電爐;否則不與調節。3臺電爐接通的順序是3#、2#、1#，這樣可以保持電爐的通斷具有相對穩定性。

3)主程序和中斷服務(wù)程序設計。在定時(shí)中斷服務(wù)程序中，各功能程序都已模塊化，可直接調用。

先說(shuō)明30 s定時(shí)的實(shí)現方法。當振蕩頻率為6 MHz時(shí)，STC89C58內部定時(shí)器的最大定時(shí)值為131 ms。要實(shí)現30 s定時(shí)，需要另外設置一軟件計數器?，F使定時(shí)器T0工作于方式1，定時(shí)時(shí)間為130 ms，則其時(shí)間常數為：

N=216-130*10-3*6*106/12=536=0218H

軟件計數器的初值=30、0.13≈E7H

主程序清單：

ORG 0000H

AJMP MAIN

ORG 000BH

AJMP T0INT//轉定時(shí)中斷服務(wù)程序

ORC 0030H