1、精選優質文檔-傾情為你奉上 第1節 引 言21.1溫度控制系統概述21.2本設計任務和主要內容2第2節 系統主要硬件電路設計42.1溫度控制系統原理圖42.2系統電路42.2.1 8155用作鍵盤/LED顯示器接口電路42.2.2 溫度檢測和變送器52.2.3 接口電路52.2.4 溫度控制電路6第3節 系統的軟件設計73.1溫度控制算法73.2系統主程序設計73.3中斷服務程序設計93.4采樣程序設計113.5 數字濾波子程序設計12第4節 結束語14參考文獻15基于單片機的溫度控制系統第1節 引 言 隨著社會主義現代化的發展，在科學技術突飛猛進的今天，人工智能起不不可忽視的作用。尤其是各種

2、智能化的儀器、儀表在農、工業的廣泛應用給社會帶來了極大的便利。本文就是一個利用溫度來實現簡單智能控制的例子。它完成了從溫度的采集、轉換、顯示以及控制的一系列任務。例如根據溫度來控制熱水器、電風扇等與溫度有關的設備。但是它提供了一個通過溫度來控制設備的基本思想和原理。相信能在實際應用中為我們的生活帶來更大的便利。1.1 溫度控制系統概述 單片微型機簡稱單片機，它是在一片芯片上集成了中央處理部件，存儲器、定時器/計數器和各種輸入輸出設備等接口部件。單片機是微機發展的一個重要的分支，自問世以來，性能不斷地改善和提高，加之單片機具有集成度高、功能強、速度快、體積小、功耗小、使用方便、性能可靠、價格便宜

3、等優點，故在工業控制、數據采集和處理、通信系統、家用電器等領域的應用日益廣泛。國內雖然起步較晚，但單片機的潛力越來越被人們所重視，尤其在工業控制、自動化儀器儀表、計算機系統接口、智能化外設等應用領域發展很快。它的應用對于產品升級換代、機電一體化都具有重要的意義 在工業生產中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關量都是常用的主要被控參數。其中，溫度控制也越來越重要。在工業生產的很多領域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制。采用單片機對溫度進行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大等優點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術指標，從而能夠大大的提高產品的質量和數量

4、。1.2設計任務和主要內容本文主要研究簡單的溫度控制系統。其主要內容如下：實現n段可編程調節，有恒速升溫段、保溫段和恒速降溫段三種控溫線段。具有四路模擬量輸入。具有一路模擬量輸出和八路開關量輸出。具有超偏報警功能。超偏時，發光管以閃光形式報警。輸入、輸出通道和主機都用光電耦合器進行隔離，使儀器具有較強的抗干擾力?？梢栽诰€設置或修改參數和狀態，例如程序設定去想轉折點溫度Ti和轉折點是間ti值、PID參數、開關量狀態、報警參數和重復次數等，并可通過總時間t值的修改，實現跳過或重復某一段程序的操作。具有12個功能鍵，其中10個是參數命令鍵。儀器具有掉電保護功能。相關公式如下： (1-1)第2節 系統

5、主要硬件電路設計2.1 溫度控制系統原理圖 圖2-1 單片機溫度控制系統電路原理圖22 系統電路2.2.1 8155用作鍵盤/LED顯示器接口電路8155用作鍵盤/LED顯示器接口電路。圖2-2中鍵盤有30個按鍵，分成六行（L0L5）五列（R0R4），只要某鍵被按下，相應的行線和列線才會接通。圖中30個按鍵分三類：一是數字鍵09，共10個；二是功能鍵18個；三是剩余兩個鍵，可定義或設置成復位鍵等。為了減少硬件開銷，提高系統可靠性和降低成本，采用動態掃描顯示。A口和所有LED的八段引線相連，各LED的控制端G和8155C口相連，故A口為字形口，C口為字位口，8031可以通過C口控制LED是否點亮

6、，通過A口顯示字符。圖2-2 8155用作鍵盤/LED顯示器接口電路2.2.2 溫度檢測和變送器溫度檢測元件和變送器的類型選擇與被控溫度的范圍和精度等級有關。鎳鉻/鎳鋁熱電偶適用于01000的溫度檢測范圍，相應輸出電壓為0mV41.32mV。變送器由毫伏變送器和電流/電壓變送器組成：毫伏變送器用于把熱電偶輸出的0mV41.32mV變換成4mA20mA的電流；電流/電壓變送器用于把毫伏變送器輸出的4mA20mA電流變換成05V的電壓。為了提高測量精度，變送器可以進行零點遷移。例如：若溫度測量范圍為5001000，則熱電偶輸出為20.6mV41.32mV，毫伏變送器零點遷移后輸出4mA20mA范圍

7、電流。這樣，采用8位A/D轉換器就可使量化溫度達到1.96以內。2.2.3 接口電路接口電路采用MCS-51系列單片機8031，外圍擴展并行接口8155，程序存儲器EPROM2764，模數轉換器ADC0809等芯片。由圖2-1可見，在P2.0=0和P2.1=0時，8155選中它內部的RAM工作；在P2.0=1和P2.1=0時，8155選中它內部的三個I/O端口工作。相應的地址分配為： 0000H 00FFH 8155內部RAM 0100H 命令/狀態口0101H A 口0102H B 口0103H C 口0104H 定時器低8位口0105H 定時器高8位口2764是8K EPROM型器件。80

8、31的PSEN和2764的OE相連，P2.5和CE相連，所以2764的地址空間為：0000H-1FFFH，ADC0809的0通道（IN0 其他輸入端可作備用）和變送器的輸出端相連，所以從通道0（IN0）上輸入的0V-+5V范圍的模擬電壓經A/D轉換后可由8031通過程序從P0口輸入到它的內部RAM單元，在P2.2=0和WR=0時，8031可使ALE和START變為高電平而啟動ADC0809工作；在P2.2=0和RD=0時，8031可以從ADC0809接收A/D轉換后的數字量。也就是說ADC0809可以視為8031的一個外部RAM單元，地址為03F8H（地址重復范圍很大），因此，8031執行如下

9、程序可以啟動ADC0809工作。MOV DPTR，#03F8H MOVX DPTR,A 若8031執行下列程序： MOV DPTR，#03F8H MOVX A，DPTR 則可以從ADC0809輸入A/D轉換后的數字量。2.2.4 溫度控制電路8031對溫度的控制是通過雙向可控硅實現的。如圖2-1所示，雙向可控硅管和加熱絲串接在交流220V、50Hz市電回路。在給定周期T內，8031只要改變可控硅管的接通時間即可改變加熱絲的功率，以達到調節溫度的目的?？煽毓杞油〞r間可以通過可控硅控制極上觸發脈沖控制。該觸發脈沖由8031用軟件在P1.3引腳上產生，在過零同步脈沖同步后經光電耦合管和驅動器輸出送到

10、可控硅的控制極上。 第3節 系統的軟件設計3.1 溫度控制算法通常，電阻爐爐溫控制都采用偏差控制法。偏差控制的原理是先求出實測爐溫對所需爐溫的偏差值，然后對偏差值處理獲得控制信號去調節電阻爐的加熱功率，以實現對爐溫的控制。在工業上，偏差控制又稱PID控制，這是工業控制過程中應用最廣泛的一種控制形式，一般都能收到令人滿意的效果。3.2 系統主程序設計主程序包括8031本身的初始化、并行接口8155初始化等等。大體說來，本程序包括設置有關標志、暫存單元和顯示緩沖區清零、T0初始化、CPU開中斷、溫度顯示和鍵盤掃描等程序。開始設定堆棧指針 清標志和暫存單 清顯示緩存區 設定參數初值To初始化CPU開

11、中斷掃描鍵盤溫度顯示圖3-1 主程序框圖主程序: MOV 81H, 50H；設堆棧 CLR 5EH ；清本次越限標志 CLR 5FH ；清上次 CLR A ； MOV 2FH, A ； MOV 30H, A ； MOV 3BH, A ； MOV 3CH, A ；清暫存單元 MOV 3DH, A ； MOV 3EH, A ； MOV 44H, A ； MOV DISM0,A ； MOV DISM1,A ； MOV DISM2,A ； MOV DISM3,A ； MOV DISM4,A ； MOV DISM5,A ；清顯示緩沖 MOV TMOD，56H；T0方式2：T1方式1計數 MOV TL0，

12、 06H； MOV TH0， 06H；TO賦值 CLR PT0 ；T0為低優先級中斷 SETB TR0 ；啟動T0 SETB ET0 ；允許T0中斷 SETB EA ；CPU中斷 LOOP： ACALL DISPLY ；調用顯示程序 ACALL SCAN ；調用掃描程序 ATMP LOOP ；等待中斷 3.3 中斷服務程序的設計 T0中斷服務程序： PUSH A ； PUSH DPL ； PUSH DPH ；保護現場 SETB D5H ；置標志 ACALL SAMP ；調用采樣子程序 ACALL FILTER ；調用數字濾波程序 CJNE A，42H，TPL；Ui（K）Umax則TPL WL:

13、 MOV C，5EH ； MOV 5FH，C ；交換標志 CLR 5EH ；清本次標志 ACALL UPL ；上限處理 POP DPH ； POP DPL ；恢復現場 POP A ； RETI ；中斷返回 TPL： JNC TPL1 ；若Ui（K）Vmax則TPL1 CLR 5FH ；清上次越限標志 CJNE A，43H，MTPL；Ui（K）Umin則MTPL HAT： SETB P1.1 ；正常，綠 ACALL PID ；計算PID MOV A，2FH ；PLD值（A） CPL A ； INC A ；求TL1值 NM： SETB P1.3 ；輸出控制脈沖 MOV TL1， A ；T1賦初值

14、MOV TH1，#OFFH SETB PT1 ；T1高優先級中斷³ SETB TR1 ；啟動T1 SETB ET1 ；允許T1中斷 ACALL TRAST ；標度轉換 LOOP： ACALL DISPLY ；顯示溫度 JB D5H，LOOP；等待T1中斷 POP A POP DPH POP DPL RETI ；中斷返回 MTPL： JNC HAT ；若Ui(k)Umin則HAT SETB P1.0 ； MOV A，45H ； CPL A ； INC A ； AJMP NM ； TPL1： SETB 5EH ；置本次越限標志 JNB 5FH，WL ；若上次沒越限則轉 INC 44H ；

15、越限計數器加1 MOV A，44H ； CLR C ； SUBB A， #N ； JNZ WL ；越限次數不等于N轉 SETB P1.2 ；上限報警，紅燈亮 CLR 5EH ； CLR 5FH ；清標志 POP A ； POP DPH ； POP DPL ；恢復現場 RETI ；從中斷返回 T1中斷服務程序（由001BH轉來） CLR D5H ；清標志 CLR P1.3 ；停止輸出 RETI ；從中斷返回3.4 采樣程序的設計 SMAP： MOV R0，#2CH ；采樣值首址 MOV R1， #03H ；計數器賦值 SAM1： MOV DPTR，#03F8H MOVX DPTR， A ；啟動A

16、DC MOV R2， #20H ；延時 DLY： DJNZ R2， DLY ；結束？ HERE： JB P3.3,HERE ；等待ADC結束 MOVX A， DPTR ； MOV RO， A ；存放采樣值 INC RO ； DJNE R1 SAM1 ； RET ；3.5 數字濾波子程序設計 微機控制系統通常直接放在生產現場，會受到嚴重干擾，系統采用濾波方法來濾除干擾，數字濾波算法有很多，本系統采用中值濾波，就是連續三次取樣，取中間值作為本次采樣值。 三次采樣值分別放于2CH，2DH，2EH中，取中間值放在累加器A中，同時也轉放在2AH單元中，以備進行溫度標度轉換用。 程序清單如下： FILTE

17、R：MOV A， 2CH ； (2CH)送A CJNZ A， 2DH， CMP1 ；若（2CH）(2DH)則CMP1 ATMP CMP2 ； 否則轉CMP2 CMP1： JNC CMP2 ； 若（2CH）(2DH)則CMP2 XCH A， 2DH ； XCH A， 2CH ； CMP2： MOV A， 2DH ； CJNE A， 2EH，CMP3；若（2DH）(2EH)則CMP3 MOV 2AH，A ； 否則（2DH）送2AH RET ； 返回 CMP3： JC CMP4 ； 若（2DH）(2EH)則CMP4 MOV 2AH， A ； RET ； CMP4： MOV A， 2EH ； CJNE

18、 A， 2CH，CMP5；若（2EH）(2CH)則CMP5 MOV 2AH，A ； RET CMP5： JC CMP6 ； 若（2EH）(2CH)則CMP6 XCH A， 2CH ； CMP6： MOV 2AH,A ； RET ； 結 束 語 經過這次溫度控制系統的設計，使我對單片機的知識又有了新的了解，也明白了寫一篇應用系統的步驟和格式，有過這樣的一次訓練，相信以后再有相類似的報告，我可以很好的完成，也為我寫畢業論文打下了一定的基礎。溫度控制系統在生活的各個方面都能用到，例如：在冶金工業、化工生產、電力工程、造紙行業、機械制造和食品加工等諸多領域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制。因此，這個課題具有很實際的意義。通過此次的課程設計，我知道了在不同的行業中，只要熟練掌握了一門有用的技術，便能在社會里發揮自