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1、精选优质文档-倾情为你奉上0 前言随着我国科学技术的不断发展，以及各种新技术新理论在工业中的应用，使我们的生活水平不断地提高。在钢铁、机械、石油化工、电力、工业炉窑等工业生产中，温度是极为普遍又极为重要的热工参数之一。通常温度控制是指对某一特定空间的温度进行控制调节，使其达到并满足工艺过程的要求。目前，电阻炉温度控制技术的发展日新月异。从模拟PID到最低控制、自适应控制，再发展到智能控制，每一步都使控制的性能得到改善。然而，当前电阻炉温度控制仍然存在着一些问题，主要是由于电阻炉是一个特性参数随炉温变化而变化的被控对象，炉温控制具有升温单向性、大惯性、大滞后、时变性的特点。例如，其升温单向性是由
2、于电阻炉的升温保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却，当其温度一旦超调就很难用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确的模型和确定参数。针对以上电阻炉温度控制系统的特征，我选择模糊控制，并与自适应神经网络相结合。模糊控制理论日趋成熟，并且由于其基于人的逻辑推理、不依赖控制对象的精确数学模型这一特点体现了它巨大的优势和潜力。同时，从数学角度出发，它严格论证了模糊控制技术的可行性及优越性。不仅如此，模糊控制和PID的结合有了良好的结合基础，二者互补，成为控制技术智能化的发展方向。1 概述控制系统硬件电路的组成由同步过零检测电路、温度信号检测及可控硅触发电路、时钟芯片等组成，结构框图如图
3、2-1所示，以单片机为核心，数据采集由铂电阻经补偿放大后送至A/D转换，调功部分由过零触发电路及可控硅完成。铂热电阻补偿放大A/D采样过零触发可控硅光电隔离过零检测电阻炉键盘看门狗液晶显示单 片 机AT89C52图1-1 系统硬件结构框图Fig.1-1 The structure diagram of hardware of system工作过程：当采样周期到达时，电阻炉内温度T由铂电阻检测转成电压信号，通过补偿放大后送入A/D模块，由A/D完成模/数转换后送至单片机，经数字滤波，线性化处理、标度变换后，经显示器由多种方式显示炉温并将数据存储进存储器，与设定温度进行比较后，再经软件实现的模糊控
4、制器进行运算后将运算结果输出，输出的脉宽调制信号控制过零导通型固态继电器的通断比，从而改变固态继电器在一个固定控制周期内的导通时间，即改变电炉平均输入功率，从而控制了电阻炉的温度，使其逐渐趋于设定值且达到平衡，以此来达到控温目的。输出采用电热调功方式控制，执行器件固态继电器是带有光电隔离和过零触发电路的双向可控硅，输入TL电平信号可控制其导通和截止，在规定周期内控制加入电炉导通的交流周波来实现调节功率的作用。调功控制方式不仅减少对供电电网的非正弦干扰，提高电网功率因数，而且，由于该控制方式实质是时间量的离散输出(SOHZ交流电量，lom：为一个单位)，所以易于系统实现控制要求1。2 单片机基本
5、系统基于单片机的电阻炉温度控制系统是一个典型的微机控制系统。在这里，单片机是整个控制系统的核心，通过接收软件可向系统的各个部分发出各种命令，对被测参数进行巡回检测，数据处理，控制计算，报警处理及逻辑判断等操作。单片机的选择直接影响到系统的功能及接口电路的设计等。因此，合理选择一种单片机是该控制系统设计的一个重要环节。2.1单片机的选型本系统采用ATMEL公司生产的单片机AT89C52系列单片机。ATMEL89系列单片机是ATMEL公司的8位Flash单片机系列。这个系列单片机的最大特点是在片内含有Flash存储器，因此，有着十分广泛的用途，特别是在便携式、省电和特殊信息保存的仪器和系统中显得更
6、为有用。ATMEL89系列单片机是以8051为内核构成的，是8051系列单片机的兼容系列。AT89C52单片机主要由下面几个部分组成：1个8位中央处理单元（CPU）、片内Flash存储器、片内RAM、4个8位的双向可寻址I/O接口、定时器、1个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行接口、3个16位的定时器/计数器、多个优先级的嵌套中断结构，以及一个片内振荡器和时钟电路。2.1.1 89系列单片机的特点1）内部含Flash存储器由于内部含Flash存储器，因此在系统的开发过程中可以十分容易地进行程序的修改，这就大大缩短了系统的开发周期。同时，在系统工作过程中，能有效地保存一些数据信息，即使外
7、界电源损坏也不影响信息的保存。2）和80C52兼容89系列单片机的引脚和80C52是一样的，可直接用相同引脚的89系列单片机取代80C52。3）静态时钟方式89系列单片机采用静态时钟方式，所以可以节省电能。4）可反复进行系统实验用89系列单片机设计的系统，可以反复进行系统实验，每次实验可以编入不同的程序。这样可以保证用户的系统设计达到最优。而且随用户的需要和发展，还可以进行修改，使系统能不断追随用户的最新要求。AT89C52是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机。片内带有一个8KB的Flash可编程、可擦除只读存储器（EPROM）。它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器（
8、NURAM）技术，而且其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容、片内的Flash存储器允许在系统内改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。因此，AT89C52是一种功能强、灵活性高，且价格合理的单片机，可方便地应用在各种控制领域。基于上述这些特点，这里选择AT89C52单片机作为控制核心2。2.1.2 AT89C52单片机的主要性能1）8KB可改编程序Flash存储器（可经受1000次的写入/擦除）。2）全静态工作：0Hz24MHz。3）3级程序存储器保密。4）2568字节内部RAM。5）32条可编程I/O线。6）3个16位定时器/计数器。7）8个中断源8）可编程串行通道。9）片内时钟振
9、荡器。另外，AT89C52是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0Hz，并提供两种可用软件来选择的省电方式：空闲方式（Idle Mode）和掉电方式（Power Down Mode）。在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。而在掉电方式中，片内振荡器停止工作。由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，故只保存片内RAM中的内容，直到下一次硬件复位为止。2.2AT89C52的引脚及其主要功能AT89C52有双列直插封装（PDIP）和方形封装（PLCC）两种封装形式。这里采用PDIP封装的片子，其引脚如图2-1所示：其引脚的主要功能如下：1)主电源引脚VC
10、C(引脚号40)：芯片电源端，接+5V。GND(引脚号20)：电源接地端。AT89C52图2-1AT89C52DIP方式的引脚结构图Fig.2-1The pin structure figure of AT89C52 in DIP mode 2)外接晶体引脚XTAL1和XTAL2XTAL1（引脚号19）：接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端。当采用外部振荡器时，此引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。XTAL2（引脚号18）：接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部，它是上述内部振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部振荡器时，此引脚应
11、悬浮不连接。3)控制或与其他电源复用引脚、RST、/VPP（引脚号30）：当访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器， ALE端仍以不变的频率（此频率为振荡器频率的1/6）周期性地出现正脉冲信号。（引脚号29）：外部程序存储器读选通信号。当AT89C52从外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期内，两次有效（即输出2个脉冲）。但在此期间内，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。RST（引脚号9）：复位信号输入端。振荡器工作时，在该引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。/VPP（引脚号31）：外部访问允许端。要使CP
12、U只访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），则端必须保持低电平（接到GND端）。当端保持高电平（接Vcc端时），CPU则执行内部程序存储器中的程序。在Flash存储器编程期间，该引脚也用于施加12V的编程允许电源Vpp（如果选用12V编程）。4)输入/输出引脚P0口（引脚号3239）：P0口是一个8位漏极开路型双向I/O端口。作为输出口用时，每位能以驱动8个TTL输入，对端口写1时，又可作为高阻抗输入端用。在访问外部程序和数据存储器时，它是分时多路转换的地址（低8位）/数据总线，在访问期间，激活了内部的上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。
13、验证时，要求外接上拉电阻。P1口（引脚号18）：P1口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流的方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在对Flash编程和程序效验时，P1口接收低8位地址。不同的是P1.0和P1.1还可以分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）参见表2-1。表2-1P2个端口引脚与复用功能Tablet.2-1The function of P2 port pin
14、 引脚号 功能特性P1.0 T2（定时/计数器2的外部计数脉冲输入），时钟输出P1.1 T2EX（定时/计数器2捕获/重装载触发和方向控制）P2口（引脚号2128）：P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流的方式）4个TTL输入。对端口P2写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P2口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行MOVXDPTR指令）时，P2口送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRI指令）时，
15、P2口上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。在对Flash编程和程序校验时，P2口接收高位地址和一些控制信号。P3口（引脚号1017）：P3口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流的方式）4个TTL输入。对端口P3写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在AT89C52中，P3口还用于一些复用功能。复用功能如表2-2所示。在对Flash编程和程序效验时，P3口接收高位地址和一些控制信号。表2-2P3个
16、端口引脚与复用功能Tablet.2-2The function of P3 port pin 端口引脚 复用功能P3.0 RXD：串行输入口P3.1 TXD：串行输出口P3.2 （外部中断0中断请求输入端）P3.3 （外部中断1中断请求输入端）P3.4 T0（定时器0的外部输入）P3.5 T1（定时器1的外部输入）P3.6 （外部数据存储器写选通）P3.7 （外部数据存储器写选通）单片机是在本次设计中是核心部分，相当于人类的大脑，负责处理前向通道检测回来的数据，然后按照一定规律送往后向通道执行控制。它指挥着各个部分的协调工作，所以说单片机是本次设计的核心器件。2.3时钟电路单片机虽然有内部振荡
17、电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。本次设计中，单片机的时钟电路如图2-3所示。片内电路与片外器件构成了一个时钟产生电路，CPU的所有操作均在时钟脉冲同步下进行。片内振荡器的振荡频率fosc非常接近晶振频率，一般多在1.2MHz12MHz之间选取。XTAL2输出约为3V左右的正弦波。图中C1和C2是反馈电容，其值在5pF30pF之间选取。改变C1和C2可微调fosc。这里晶振频率选12MHz ，C1，C2均选30pF3。AT89C52图2-3时钟电路Fig.2-3Clock circuit3 温度检测与控制3.1 温度检测部分温度检测是本次设计前向通道的重要组成部分，它的精确程度将直接影响到
18、控制效果。因此，我们首先要选择合适的测温元件，对温度进行准确的测量。3.1.1 传感器概述传感器是检测系统的第一个环节，其主要作用是将感知的被测非电量按照一定的规律转化为某一量值输出，通常是电信号。也就是说，传感器是借检测元件（敏感元件）将被测对象的一种信息按一定的规律转换成另一种信息的器件或装置。传感器所获取的信息通常有物理量、化学量和生物量等，而经传感器转换后的信息多数为电量，如电阻、电容、电感、电压、电流及频率与相位的变化等，它是实现自动化检测和自动控制的首要环节4。传感器将被测信息如温度、压力、流量等转换成电信号输出，一般称为一次变换。一般情况下经过一次变换后的信息具有以下特点：1）
19、输出电信号通常为模拟量；2） 输出电信号一般较微弱；3） 输出电信号的信号噪声比较小，甚至有用信号淹没在噪声之中；4） 传感器的输入输出特性通常存在一定的非线性，并易受环境温度及周围电磁干扰的影响；5） 传感器的输出特性与电源的稳定性等有关，通常要求恒压或恒流供电。3.1.2温度传感器选择在电阻炉温度控制系统中，温度的检测与控制尤为重要。而温度检测工作又是保证温度控制的基础。因此，我们首先要选择合适的测温元件，对温度进行准确的测量。温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化，所以能做温度传感器的材料相当多。温度传感器随温度变化而引起的物理
20、参数变化有：膨胀、电阻、电容、热电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声等等。随着生产的发展，新型温度传感器还会不断地涌现。由于工业生产中温度测量的范围极宽，从零下几百度到零上几千度，而各种材料做成的温度传感器只能在一定的温度范围内使用。温度传感器与被测介质的接触方式分为两大类：接触式和非接触式。接触式温度传感器需要与被测介质保持热接触，使两者进行充分的热交换而达到同一温度。这一类传感器主要有电阻式、热电偶、PN结温度传感器等。非接触式温度传感器无需与被测介质接触而是通过被测介质的热辐射或对流传到温度传感器，以达到测温的目的。这一类传感器主要存在红外测温传感器。这种测温方法的主要特点是可以测量运
21、动状态物体的温度（如慢速行驶着的火车的轴承温度、旋转着的水泥转窑的温度）及热容量小的物体（如集成电路中的温度分布）。常见的感温元件有热电偶、热电阻和半导体传感器，它们的主要优缺点是：热电偶价格便宜，但精度低，需要冷端温度补偿，电路设计复杂；热电阻精度高，但需要标准稳定电阻匹配才能使用。而半导体温度传感器线路设计简单，精度较高，线性度好，价格适中，非常适合0300oC之间的测量。3.1.3测温元件接线方式所以选择热电阻传感器。但是，由于用热电阻传感器进行测温时，测量电路一般采用电桥电路。但是热电阻与检测仪表距离一般较远，因此热电阻的引线对测量结果有很大的影响。热电阻测温电桥的引线方式通常有三种：
22、两线制、三线制、四线制。两线制中引线电阻对测量结果影响较大，一般用于测温精度不高的场合；三线制可以减小热电阻与测量仪表之间连接导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差；四线制可以完全消除引线电阻对测量的影响，用于高精度温度测量的检测。其接线图如下：图3-1测温电桥的引线方式Fig.3-1 Leading way of temperature bridge因此，本次设计采用三线桥式测温电路。接线方式如图3-2所示。其中，铂电阻接入采用三线接法，以消除引线电阻对测量精度的影响5。3.1.4线性化处理 图3-2测温电路Fig.3-2 Measuring Circuit铂热电阻中的铂丝纯度用电阻比W1
23、00来表示，它是铂热电阻在100摄氏度时的电阻值R100与0摄氏度时的电阻值之比。铂电阻阻值与温度的关系可以用下式表示：在-200至0摄氏度以内 （3-1）在0至800摄氏度以内 （3-2）式中，-温度为时的电阻值； -温度为时的电阻值； -任意温度；A、B、C-常数。当铂的W100=1.391时A=3.968*10-3/，B=-5.847*10-7/，C=-4.22*10-12/很显然，上述表达式中，铂热电阻阻值与温度t之间的关系为非线性的。因此，在测温系统中必须对铂热电阻的非线性进行优化，从而提高系统的精确度。常用方法有差值法、折线法和迭代法。插值法和折线法对内存空间有一定要求，同时要求选
24、取合适的插值点，而迭代法则存在运算复杂，运算周期长的缺点。因此在设计系统的过程中，采用最小二乘法进行拟合，很好地解决了铂热电阻不平衡电桥法测温方案中的非线性误差。由图3-3电桥电路可知电桥输出端电压与的关系表达式为： （3-3）其中，设则所以式（1）可以表示为： （3-4）将放大器的增益设为，则可得 （3-5）其中，在0到300摄氏度范围内对通过的计算可以得到相应与t的关系，如表3-1所示： 表3-1 与t的关系Table.3-1relationship with t温度 40 80 120 160 200 240 280 300电压 0.241 0.462 0.664 0.893 1.094
25、 1.291 1.489 1.632表中，温度单位为摄氏度，电压单位为伏特。拟合多项式的形式选为： （3-6）其中，所以，用最小二乘法拟合得出：， ， （3-7）以上是对热电阻的线性处理。图中U8构成增益可调的差动运算放大器，其中：R4=R5=Rf=5kR6=R7=R8=R9=R10=RF=50kAW为接入系数，该电路的理想闭环增益为： （3-8）在调试时适当选取AW的值，可使增益在一定范围内变化，本电路中取AW=1，则 =40U9构成反相比例运算放大器 （3-9）调节w1的值，可调节其增益。二个二极管Dl, D2起限幅作用，使输出在0-+5V内变化，该电压范围即为单片机允许的模拟电压输入信号
26、。3.2 温度控制部分温度检测部分将检测到的信号经过A/D转换，然后送往单片机进行运算处理，然后输出控制信号对执行部分进行控制。这部分也称为功率输出电路，它的作用是将经过单片机运算处理后的控制信号用于驱动后向通道，对系统进行校正、调整和控制等操作。3.2.1温度控制元件的选择本控制器对温度的直接控制元件是双向可控硅（双向晶闸管）。下面对双向可控硅的特性和工作原理做以说明。双向晶闸管是一对反并联连接的普通晶闸管，可以认为是闸管的集成。它的特点是，它有两个主电极T1和T2，一个门极G。门极使器件在主电极的正反两方向均可触发导通，所以双向晶闸管在第一象限和第三象限有对称的伏安特性。双向晶闸管与一对反
27、并联晶闸管相比是经济的，而且控制电路也比较简单所以在交流调压电路、固态继电器和交流电动机等领域应用较多。由于双向晶闸管通常用于交流电路中，因此不用平均值而用有效值来表示其额定电流值。晶闸管触发导通有以下几种条件；1） 阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应；2） 阳极电压上升率/过高；3） 节温过高；4） 光直接照射硅片，即光触发。晶闸管的正常工作特性：1） 当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。2） 当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。3） 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否存在，晶闸管都保持导通。4） 若要使已
28、经导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近零的某一数值以下。根据以上晶闸管特点，我设计了控制电路的结构6。3.2.2可控硅控制方式的选择由于本次设计对于温度的控制是通过控制双向可控硅，进而控制输出功率的大小，达到对温度的控制的目的。那么，对于控制电路输出功率大小的调节，有两种方式。第一种方式：采用可控硅移相调压电路。所谓可控硅移相调压电路，就是将计算得到的控制量先经过D/A变换，然后控制可控硅的移相触发电路，实现输出电压的无级调节。但是，由于电压输出波形的不完整，并且含有高次谐波分量，对电网有一定的干扰。所以不宜采用这种方法。第二种方式：采用占空比开关电路控制
29、，也就是通过调节周期时间内的通电时间来调节输出功率的大小，这样负载上得到的电压为正弦波，同时，这种方式克服了调压方式的以上缺点。因此，本控制器对温度的控制采用占空比开关电路来实现，其电路如图3-3所示。图中MOC3041是一种过零触发光电偶合芯片，内部集成了发光二极管,双向可控硅.和过零触发电路等器件。可用来实现BTA12双向控硅的过零触发。MOC3041输出端允许的最大重复浪涌电流(IA)MOC3041图3-3 温度控制电路Fig.3-3 Temperature control circuit的作用是限制流过MOC3041的输出端的电流不超过允许的最大重复浪涌电流。的值可大致如下估算：= /
30、 (3-10)其中： 为工作电压的峰值,也就是220伏。为MOC3041输出端允许的最大重复浪涌电流（1A）。由于的串入，使触发电路产生一个最小触发电压场，低于时，双向可控硅BTA12不能导通。=+ (3-11)其中：表示可控硅BTA12的最小触发电流。表示可控硅BTA12的最小触发电压。为MOC3041输出端的输出压降，其最大值为3V.在阻断状态下,晶闸管的PN结相当于一个电容，如果突然受到正向电压，充电电流通过门极PN结时，起了触发电流的作用。当/较大时，将导致MOC3041的输出晶闸管误导通。由于电加热丝是一个感性负载，其/比较大，因此，采用和组成的RC回路来降低MOC3041的输出晶闸
31、管的/。在极端情况下，MOC3041允许的/为0.8V/uS。由于： /= (3-12)+= （3-13） 由此可以估算出和的值。在实际使用中，太大的电压上升率对外部的BTA12可控硅是不允许的，特别是负载为感性或功率较大时，必须加保护回路。可以采用RC吸收回路、金属氧化物压敏电阻、雪崩二极管，硒堆与转折二极管等非线性元器件来限制或吸收过电压，其中RC吸收电路和金属氧化物压敏电阻是常见的措施。金属氧化物电阻是近年来应用广泛的浪涌吸收器件，可抑制持续时间较长的偶发性浪涌电压，具有正反向都很陡的稳压特性。正常工作时，压敏电阻不击穿，漏电流较小，损耗很小，当遇到尖峰过压时，可以通过数千安培的放电电流
32、，抑制过压的能力很强。并具有反应快，体积小，价格便宜等优点。实际应用中BTA12一般只承受换相过电压，开关时没有较大的/，因此一般采用RC吸收电路即可。和组成的RC回路能降低可控硅的/,防止可控硅在上电和断电时击穿。其中电容用来吸收尖峰过电压， 电阻主要用来限制晶闸管开通损耗和电流上升率，并阻尼LC振荡。和的大小根据负载电流和电感大小决定，在一般场合下，当工作电流小于20A时，可以取,因为MOC3041在输出关断的状态下，也有小于或等于500的漏电流，加入可以消除这个电流对可控硅BTA12的影响,防止BTA12的误触发。3.2.3温度控制部分工作原理这部分电路的工作原理是：当P2.3口输出为低
33、电平时,MOC3041内部导通,4端发出同步触发脉冲,控制可控硅导通,打开加热器,当P2.3口为高电平时,MOC3041内部截止,可控硅断开,停止加热关闭加热器。控制编程来控制P2.3口的输出状态即何时为低电平,低电平维持多久就可以控制加热器何时加热,加热多久,从而达到对温度的控制的目的。4 保护电路部分设计4.1 漏电检测部分由于电阻炉加热系统经常应用于化学液体加热的工业环境中，这样就难免使电阻炉工作在潮湿或者有水的场合，因此，为了确保系统的安全与现场的环境安全，本次设计增加了控制器的漏电检测和保护功能。4.1.1 漏电检测电路工业用电部分由于电阻炉工作需要的是工业用电220V，因此我们这样
34、设计检测电路的工业用电部分。首先，根据电磁感应原理，将火线和中线同时穿过一个环形磁芯，作为漏电互感器的初级线圈，次级线圈缠绕在环形磁芯上，用于输出漏电信号。该部分的工作原理是：当系统没有发生漏电时，电源线中的火线电流与中线电流就会完全平衡，此时次级漏电信号为零，即没有电压信号输出。那么当系统发生漏电现象时，火线电流与中线电流就会失去平衡,则它们的合成电流就是漏电电流，同时次级漏电信号的大小和漏电程度成正比。这样就达到了对系统漏电情况进行监测的目的。漏电检测原理如图4-1 所示：图4-1漏电检测原理Fig.4-1 The theory figure of electric leakage det
35、ection4.1.2漏电检测电路单片机接口部分本部分电路如图4-2所示。图中：LN324是四电压比较器，作用是用于比较检测到的漏电信号和系统允许的漏电电压，为单片机响应漏电保护提供条件和依据。4N25是光电偶合器，用于这部分电路与单片机的连接。这部分电路的工作原理是：当漏电检测线圈有电压信号输出时，将输出值经过比较器图4-2漏电检测电路Fig.4-2Leakage detection diagram这部分电路的工作原理是：当漏电检测线圈有电压信号输出时，将输出值经过比较器进行比较，最后将比较结果送给单片机处理，当漏电检测线圈的电压信号小于允许给定值时，LN324输出为高电平，光电耦合不作用。
36、同理，一旦漏电信号值超过规定的阀值，单片机响应并且立即发出信号，控制系统切断整个系统的电源。4.2 掉电保护与系统复位电路部分为了使系统可靠地工作并保存设定数据，在本系统的控制电路中选用了X25045芯片，该芯片内部具有可编程的看门狗定时器，串行EEPROM、低电压检测电路，并提供复位信号11。一旦系统出现故障，电源电压降低到系统的设定位置时，系统复位，保护系统使之免受低电压的影响。EEPROM可在复位时保存设定数据。X25045是在单片机系统中广泛应用的一种看门狗芯片，它把上电复位、看门狗定时器、电压监控和四种常用功能组合在单个芯片里，以降低系统成本、节约电路板空间。其看门狗定时器和电源电压
37、监控功能可对系统起到保护作用； 可用来存储单片机系统的重要数据。将其运用在温度控制系统，取得了令人满意的结果。4.2.1X25045芯片的特点1) 可编程的看门狗定时器；2) 低电压检测和复位信号提供；3) 5种标准复位端电压；4) 使用特殊编程序列可重复对低VCC复位电压编程；5) 低功耗：看门狗开：最大电流小于；看门狗关：最大电流小于；读数据时最大电流小于工作电压可以在之间；6) 内置4kB，可写入1M次；7) 使用块保护功能可以保护存入的数据不被意外改写；8) 3.3MHz时钟速率；9) 片内偶然性的写保护：写锁存；写引脚保护；10) 最小编程时间：16位页写模式；写周期5ms（典型）。
38、4.2.2X25045芯片的引脚及功能X25045共有8个引脚，各引脚的功能如表4-1下：表4-1 X5045的引脚说明Table.4-1 pin explanation of X50458引脚DIP 名 称 功 能 1 /CS 片选端，当/CS为高时，X5045未被选中，SO输出端处于高阻抗状态CS非为低即使能X5045，将它置于激活方式。 2 SO SO是串行数据输出端。数据由串行时钟的下降沿同步输出。3 /WP 写保护端。当/WP为低时，向X5045的非易失性写被禁止，当/WP保持时，所有功能包括非易失性写操作都正常。 4 VSS 地 5 SI SI是串行数据输入端。所有要写入存储器的操
39、作码、字节地址和数据都 从该引脚输入。输入信号由串行时钟的上升边锁存。6 SCK 串行时钟端。串行时钟控制串行总线数据输入和输出的时序，出现在SI引脚上的操作码、地址或数据在输入时钟的上升沿被锁存，而SO引脚上的数据在输入时钟的下降沿之后改变。7 非RESET/RESET 复位输出。 8 Vcc 电源电压4.2.3X25045芯片的工作原理X25045除了作为看门狗芯片使用外，另外一个基本的功能就是作为数据存储器使用，内部包含的串行，以保证系统在掉电后仍可维持重要数据不变。X25045与MCU采用流行的SPI总线接口方式，可以和任意一款单片机的I/O口直接连接。芯片内容含有一个位指令移位寄存器
40、，该寄存器可以通过SI来访问。数据在SCK的上升沿由时钟同步输入，在整个工作期内，必须是低电平且WP必须是高电平。如果在看门狗定时器预置的溢出时间内没有总线活动通常指引脚电平变化，那么X25045将提供复位信号输出以保证系统的可靠运行。X25045内部有一个“写使能”锁存器，在执行写操作之前该锁存器必须被置位，在写周期完成之后，该锁存器自动复位。X25045还有一个状态寄存器，用来提供X25045状态信息以及设置块保护和看门狗的定时周期。对芯片内部寄存器的读写均按一定的指令格式进行，表4-2为X25045的指令寄存器7。表4-2X25045的指令寄存器Tablet.4-2The instruc
41、tion register of X25045 指 令 名 称 指 令 格 式 操 作 WREN 设置写出使能锁存位（使能写操作）WRDI 复位写使能锁存位（禁止写操作）RSDR 读状态寄存器WRSR 写状态寄存器READ 0000A8011 从选定的地址开始读存储器阵列的数据WRITE 0000A8010 从选下地址开始写入数据至存储器阵列中在实际应用中，往往要对状态寄存器进行读写操作，它是一个8位的寄存器，用来标识芯片的忙闲状态、内部数据块保护范围以及看门狗定时器的定时周期，其内部格式如表4-3所示。表4-3数据块内部格式Tablet.4-3Inferior form of data bl
42、ockX X WD1 WD0 RL1 RL0 WEL WIP表4-4看门狗定时周期Tablet.4-4Watch-Dog timing cycle WD1 WD0 看门狗定时周期0 0 1.4s0 1 600ms1 0 200ms1 1 禁止其中低2位的WEL，WIP表示芯片锁存器和写数据的忙闲状态，块保护BL1，BL0表示内部数据存储器的保护范围，一旦设置保护位，则被保护的数据段只允许读，写操作是严格禁止的。看门狗定时器周期设置位WD1，WD0可以由用户通过编程自行设定看门狗的溢出时间，当全为0时定时时间为1.4s，如表4-4所示。4.2.4X25045芯片与单片机的连接图4-3X25045
43、与AT89C52的硬件连接图Fig.4-3X25045 and AT89C52 hardware connection diagram graph5A/D转换电路本设计中温度检测电路输出信号为模拟量，要想将检测数据送入单片机，必须将其转换为数字信号，这里选用集成A/D转换器ADC574A。AD574A是美国模拟数字公司（Analog）推出的单片高速12位逐次比较型A/D转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换显片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器。5.1ADC574A工作原理AD574A的CE、12/、R/和A0对其工作状态的控制过程。在C