基于单片机的温度控制系统研制

第 卷第 期电力学报 年 月 文章编号 5 一 一 基于单片机的温度控制系统研制 林建雄 韩山师范学院物理与电子工程系 广东潮州 摘要 为解决旧式的控温器所存在的温度控制精度较差 控温效果达不到要求等问题 提出 了一种利用 单片机制作温度控制系统的设计思想 设计了调温控制电路 采用 温度 控制调节方式 通过控制晶闸管的导通角来实现对温度的精密调节 并采用粗调及微调两个温度设 定按钮 能方便地进行大范围温度设定 经实践证明控制效果很好 完全能满足工农业生产过程中 的各类恒温需要 具有实际应用价值 关键词 肛 单片机 温度控制 过零检测 移相触发 中图分类号 文献标识码 温度控制器是工农业生产中常用的加热控制设 备 旧式的控温器其控温方式多数采用通断控制方 式 存在着温度控制精度较差 控温效果不佳 特别 是当被控温度接近 的高温控制 更难达到 高精度的要求 本课题设计了一种利用单片机芯片 角增大 晶闸管的导通时间减少 使电加热器降低发 热量 当检测到实际温度比设置温度稍低时 则产生 移相角减少 晶闸管的导通时间增大 电加热器温度 提高 经过多次反复检测 调整 使实际温度向设定 温度逼近 构成的调温控制电路 其温度控制方式采用 调 系统的硬件构成 节 通过控制晶闸管的导通角来实现对温度的精密 调节 能同时设计出粗调及微调两个温度设定按钮 能方便地进行大范围温度设定 控制效果很好 完全 能满足工农业生产过程中的各类恒温需要 设计思想及系统结构 该温度控制系统主要由下面几个部分组成 即 由肛 单片机及 存储器组成的单片机 控 制电路 由铂铑热电偶及运算放大电路组成的温度 检测电路 由晶闸管及负载电加热器组成的输出通 道等三个部分组成 其原理图见图 单片机控制电路 系统的设计思想 在此控制电路中 肛 单片机是整个电路 控温系统是将负载的电加热器看成是被控对 象 温度是控制量 控制时先设定温度值 然后再对 电加热器的温度进行采样 将采样值与设定值进行 比较 产生出偏差信号 再通过单片机的计算 求出电压控制量 并存放在寄存单元之中 将这 个电压控制量经程序变换成定时器的定时量 利用 过零信号确定起始定时时间 在 以 的控制下定时 器正常工作 一经产生温度溢出则请求中断 利用中 断请示信号将一个高电平信号送到单片机的 端口 用于触发晶闸管工作 由于 行 的值不同 其 移相角也不同 所以晶闸管的导通时间也不同 对电 加热器的控制量也不一样 当采样电路检测到实际 温度比设定值稍高时 则经单片机处理后 产生移相 的关键器件 它既是运算处理中心 又是控制中心 是日本电气公司采用 工艺生产 的 型单片机芯片 它是一种高性能的 机 具 有寻址空间大 硬件结构先进 接口功能较强等 特点 弘 的总线和 的 系统 总线兼 容 系统的扩展能力强 温度检测电路 温度检测元件采用铂铑热电偶 其温度检测范围 可达到 以上 不但测温范围广 测温精度高 而且线性度好 由热电偶产生出来的 级电压 经过 运算放大器放大成 的电压 再送入单片机的 端 利用肛 的内部 转换器进行转换 成数字信号 再由单片机进行运算处理 收稿日期 作者简介 林建雄 一 男 广东潮州人 实验师 主要从事电子技术教学与研究 万方数据 第 期林建雄 基于单片机的温度控制系统研制 本系统的温度设定电路主要由开关 和按钮 及 构成 当 关闭时 可进行温度设 定操 作 通过单片机检测 的电平持续时间来进行 计数 确定温度的设定值 圈 硬件电路原理圈 当按钮 按下 使 为低电平 这时单片 机将高速计数产生设定值的粗调值 当按下 时 则 为低电平 这时单片机将低速计数产生设定 值的微调值 利用 和 能快速准确地输入 设定值 同时设定结果都能通过显示器进行监控 若 设定值出错 可按下复位按钮 使单片机复位 重新设置 完成设定后 打开 即能进入控制状态 专 专 八八 61 过零信号 在系统的控制下 实际温度将快速向设定温度逼近 触发脉冲 过 零 过零过零 输出通道及过零检测电路 温度控制系统的输出通道主要由缓冲器 光电耦 合器及晶闸管等组成 从单片机 的 线经缓冲 专岍 广 叫 叫 器后控制三极管 的状态 光电耦合器在三极管 的作用下将信号耦合到三极管 上 经 放 大 后对晶闸管 进行移相触发 控制电加热器加热 圈 过零检两信号波形圈 主程序 定时器中断子程序及触发中断子程序等三 个部分 晶闸管的触发电压是由辅助交流电源提供的 主程序 从变压器引出的正弦电压经电容耦合至 和 断 而 对过零下降信号产生中断 它们能将正 弦交流信号转变成方波信号 如图 过零检测电路主要是用于实现对晶闸管的同步 触发 使晶闸管在电源过零后触发导通 对电加热器 的温度进行调节 系统软件设计 本系统采用 控制方式 系统软件主要包括 万方数据 心 丽 其中 检测到过零上升信号时将产生中 主程序主要是由完成初始化和设定值输入及温 度控制等部分组成 初始化主要是对控制信号 一 系统偏差信号 咒 以一 咒一 以及设定值 咒 等信号的清零 并将 转换 器设定为选择方式 把定时器设定为每 产生 次中断 其主程序框图如图 所示 初始化后 系统根据开关 的状态进行判断 时 则进行设定值的输入 当 时则进入控 温程序 电力学报第 卷 定时器中断子程序及触发中断子程序 系统首先将显示缓冲区的内容传送至显示电 路 在数码管中显示出来 由于将定时器的中断设定 为每 执行一次 每次中断时 则进入定时器中 断子程序去执行相应的显示动作 其定时器中断子 程序的框图如图 所示 取百位 巨 至 刊 取个位 咖至 峄叫 传送 裂 蓦 图 主程序框图 在设定值输入的时候 系统先判别 是否为 如果 为 则表示温度值粗调设定 这时系 统 围 足时器中断子程序框图 触发中断子程序 主要用于处理过零检测中断 及定时 计数器的 中断 当检测到过零信号 对 单元进行每 次的快速加 计数 时 产生过零检测中断 首先将内存 单元的 如果测得 则须对 进行判断 如果 表示进行微调设定 这时系统对 咒 单元进行每 秒 次的慢速加 计数 直到 及 都高电 平 为止 慢速计数能使设定值调整较为准确 温度值设定好后 开关 断开 则进 入 温控程序 首先必须允许 和 中断 以 产 生过零检测中断 同步触发晶闸管 然后系统读取 标志置 再利用 指令开中断 然后执 行循环程序 检查 单元中的 是否 为 若响应了 中断 此内容必须为 即子 程序执行完毕 即返回主程序 中断子程序 首先将存放在 单元中的 标志置 然后将一个正脉冲信号送至 端口去触发晶闸管 工作 最后返回 尺 竹 的值并检测输出温度 咒 将其转换成 结束语 码由显示电路显示实时温度 然后求 咒 一 咒 求出控制量 咒 将其转换成定时量 送到 定时计数电路中 另一方面 当过零检测电路检测到 过零信号时 产生过零检测中断 当定时计数器从零 计数到定时量的值时 则产生中断 将信号从 送 至晶闸管 完成温控程序的执行 然后再返回初始化 后的状态 在数字化技术日益普及的今天 利用单片机组 成的控制电路正在逐步代替传统的控制电路 本文 所介绍的温度控制电路具有控制方法比较科学 控 制精度较高 控温范围较广 控温效果较好等特点 其温度调整设定范围可达 测量精度达到 分辨率为 具有一定的推广意义 及实际应用价值 参考文献 李群芳 单片机原理 接口及应用 北京 清华大学出版社 张志良 单片机原理与控制技术 北京 机械工业出版社 沙占友 王彦朋 孟志勇 单片机外围电路设计 北京 电子工业出版社 掣鼍融 万方数据 第 期 林建雄 基于单片机的温度控制系统研制 责任编辑 张勇强 一 一 上接第 页 直 责任编辑 张勇强 万方数据 基于单片机的温度控制系统研制 作者 作者单位 刊名 英文刊名 年 卷 期 引用次数 林建雄 LIN Jian xiong 韩山师范学院 物理与电子工程系 广东 潮州 521041 电力学报 JOURNAL OF ELECTRIC POWER 2008 23 2 2次 参考文献 3条 1 李群芳 单片机原理 接口及应用 200