计算机控制技术课程设计-温度采集

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1、 第 1 页 共 16 页 1 1. 引言引言 近年来，单片微型计算机以其强大的生命力飞速发展，在工业控制、智能仪器仪 表、智能化设备和家用电器等领域得到了广泛的应用，因而引起了各行各业的极大关 注，有着广阔的发展前景。单片机具有体积小、重量轻、耗能省、价格低、可靠性高 和通用灵活等优点，因此也广泛应用于卫星定向、汽车火花控制、交通自动管理和微 波炉等专用控制上，它已渗透到诸多学科的领域，以及人们生活的各个方面1。而在 单片机的一个重要的领域，就有一种基于单片机的温度控制系统。 随着工业的不断发 展，对温度测量的要求越来越高，测量的范围也越来越广，对温度的控制技术的要求 也进一步加强。因此，温

2、度控制技术研究也是一个重要的研究课题。 温度测控系统是一个闭环反馈控制系统， 它是用温度传感器将检测到的实际温度 A/D 转换，送入计算机中，与设定值进行比较，得出偏差。对此偏差进行修正，从而 实现对温度的控制2。温度测控系统在现实生产、生活中有着广泛的应用，如仓库存 储、家禽养殖以及许多工业生产，都需要对环境温度进行监视和控制3。 有一种采用模糊控制来设计温控系统4，模糊控制技术是基于模糊集合理论发展 起来的一门前沿高新技术，具有精度高，响应快，过度过程超调量小适应性强，控制 规律简单等特点，应用日益广泛。 在国外，一种电子温度控制系统专门运用于管道上的混合阀控制5，对于它的环 增益控制单位

3、至少大约要和混合阀的瞬时斜坡特性曲线成反比， 而斜坡特性曲线是由 阀门的开放的瞬时值，以及冷和热的补给温度和混合温度决定的，其控制精度要求很 高，而且决定因素很多，可见该电子温度控制系统的要求多高。另一种的温度控制系 统是在其中加入中心恒温器6，用于对电加热和电冷却设备进行控制，使设备在一定 区域内，保持一定范围内的温度，这种温控系统的恒温器非常多元化，它通过区域内 的电力导体与控制器联系，通讯，然后根据温度状况改变恒温器的设定值。 目前大多数温度控制系统都具有温度时延、 控制精度不够、 智能程度低等缺点7， 而单片机温控系统可以很好的运用于实际的生活和生产中， 同时投入也不大， 成本低， 具

4、有很好的实际运用价值， 所以对于温度控制系统的研究单片机温控系统是个很好的 典范，也是主要的发展方向，同时加入一些先进的控制整定技术可以使其控制的精度 大大提高，对未来的发展有很大的意义8。 第 2 页 共 16 页 2 2. 设计方案思路设计方案思路 温度测控系统设计的基本思路是采用一个控制芯片，将采集进来的信号，进行放 大，调幅，滤波，最后通过 A/D 转换后，输入到控制芯片中，通过程序将各个模块 连接起来，实现整套系统的功能。 可见， 控制芯片的选择最重要。 文献9提出了以 PLC 作为控制器的加热炉温度控 制系统设计方案， 实现了加热炉电阻丝两端的电压和加热炉温度的控制。 PLC 具有

5、抗 干扰强，稳定性高，可靠性好等特点，但是其控制精度不高，且成本较高，不容易进 行试验，实用性不强。而单片机相比 PLC 有成本低，功耗低，功能强等优势，方便 进行试验和研究，课题采用单片机作为控制芯片。 测量温度有很多传感器。如热电偶的测温范围广，但灵敏度较低；热敏电阻灵敏 度高，但工作温度范围较窄。而集成温度传感器利用了半导体PN 结电流电压特性和 温度的相关性，与热电偶、热敏电阻相比，具有输出线性好，测温精度较高的优点。 课题采用AD590作为温度传感器。 A/D 转换芯片的选择 ADC0809，该芯片带有 8 位 A/D 转换器、8 路多路开关以 及微处理机兼容的控制逻辑的 CMOS

6、组件，可以与单片机直接接口。 最后整体方案是用 AD590 采集温度，经过采集电路放大，滤波之后，通过 ADC0809 转换，输入单片机 AT89C51，经过程序处理最后直观的呈现在液晶上。 3. 温度测控系统的硬件设计温度测控系统的硬件设计 3.1 芯片介绍芯片介绍 3.1.1 AT89C51 单片机 Atmel 公司的 AT89C51 是一种低功耗、高性能的片内含有 4kB 快闪可编程/擦除 只读存储器(FPEROM)的 8 位 CMOS 微控制器，使用高密度、非易失存储器技术 制造，并且与 80C51 引脚和指令系统完全兼容10。 AT89C51具有40管脚，有P0，P1，P2，P3四个主要I/O口，每个口都分为八位， 其中以P3口功能最强大，是单片机的主要功能口，AT89C51的引脚图如图1所示： 第 3 页 共 16 页 3 图 1 A T89C51 的引脚图 3.1.2 ADC0809 转换器 ADC0809是一种8位逐次逼近型A/D转换器，带8个模拟量输入通道，芯片内有通 道地址译码锁存器，有输出三态数据锁存器，启动信号为脉冲启