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1、 1 前 言 1.1 课题的背景与意义 在近四十年的时间里，电子计算机的发展经历了从电子管、晶体管、中小规模集成电路到大规模集成电路这样四个阶段，尤其是随着半导体集成技术的飞跃发展，七十年代初诞生了一代新型的电子计算机微型计算机，使得计算机应用日益广泛;而单片微型计算机的问世，则更进一步推动了这一发展趋势，使计算机应用渗透到各行各业，达到了前所未有的普及程度。一个由微电子技术为先导，计算机技术为标志，包括新材料、宇航、生物工程、海洋工程等多种学科在内的新技术革命正在兴起。在国内,由于单片机具有功能强、体积小、可靠性好、和价格低廉等独特优点，因此,在智能仪器仪表、工业自动控制、计算机智能终端、家
2、用电器、儿童玩具等许多方面,都已得到了很好的应用，因而受到人们高度重视,取得了一系列科研成果,成为传统工业技术改造和新产品更新换代的理想机种,具有广阔的发展前景。12 课题的应用与展望 随着电子技术以及应用需求的发展，单片机技术得到了迅速的发展，在高集成度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的进展。伴随着科学技术的发展,电子技术有了更高的飞跃,我们现在完全可以运用单片机和电子温度传感器对某处进行温度检测，而且我们可以很容易地做到多点的温度检测,如果对此原理图稍加改进，我们还可以进行不同地点的实时温度检测和控制。温度是工业控制中主要的被控参数之一,特别是在冶金、化工、建材、食品、机械等工业中
3、，具有举足重轻的作用，因此,温度控制系统是典型的控制系统。对于不同场所、不同工艺、所需温度高低 范围不同、精度不同,则采用的测温元件、测温方法以及对温度的控制方法也将不同;产品工艺不同、控制温度的精度不同、时效不同,则对数据采集的精度和采用的控制算法也不同，因而，对温度的测控方法多种多样。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。利用微机对温度进行测控的技术，也便随之而生,并得到日益发展和完善,越来越显示出其优越性。目前,单片微机已普遍地作用于生产过程的自动控制领域中。单片机以其体积小、价格低廉、可用其构成计算机控制系统中的智能控制单元和可靠性高等特
4、点,受到广大工程技术人员的重视。温度是生产过程中最常见的物理量,许多生产过程是以温度作为其被控参数的。因此,温度控制系统是典型的控制系统。13 课题举例简介 在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用S-51 单片机来对温度进行控制,不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标,从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会
5、遇到的问题。下面介绍一种功能简化后的温度控制系统的设计过程。假设某烘干道采用过热蒸汽为热源，蒸汽管道经热交换器加热空气并通过风机向烘箱送热风实现对胶布(带）的循环加热,烘箱的温度变化范围为2。根据工艺要求,系统需实现如下功能和指标:温度给定值在 8左右且现场可调；温度控制误差;实时显示温度值，保留位小数;温度超过给定值1时声光报警；控制参数可在线修改。2 总体方案 根据功能和指标要求,本系统可以从元件级开始设计，选用 M-51 单片机为主控机。通过扩展必要的外围接口电路，实现对烘箱温度的测量和控制。21 系统结构 该系统以9C1 单片机为核心，由温度测量变换、测量放大、大功率运放、A/D与 D
6、/A 转换器、输入光电隔离、驱动电路、键盘显示、存储器共同组成。在系统中,温度和时间的设置、温度值及误差显示、控制参数得设置、运行、暂停及 复位等功能由键盘及显示电路完成。图2-1 单片机温度控制系统方案原理示意图 传感器把测量的烘箱温度信号转换成弱电压信号，经过信号放大电路，送入低通滤波电路,以消除噪音和干扰，滤波后的信号输入到/转换器（ADC0809）转换成数字信号输入主机（单片机031）。2.2 具体设计考虑 1、由于温度测量范围为120,控制精度也不高,可选用8路位ADC0809作A/D转换器,分辨率可达0.5;为了方便操作，系统可不扩展专用键盘,温度给定输入可用2位BCD码拨盘开关置
7、数;温度显示可用4位L;为了实现通过调节蒸汽流量控温,可扩展8位DC0832作/A转换器。于是,单片机基本系统应为:8031+2764+8+ADC00+DA08+位L。、温度测量可以选用半导体集成温度传感器A90,它的响应速度快,与单片机接口简单。其测温范围为-150,工作电压430V，输出电流与绝对温度成正比,即为1A/。执行机构可选用ZKZP-型线性电动单座调节阀,用它来调节通入烘箱的蒸汽流量。调节阀用D/A转换器输出的可调电流控制,0mA对应阀门完全关闭,10mA对应阀门全打开。、可采用带死区的比例积分（PI）控制算法实现对温度的控制。烘箱温度与给定值的偏差小时,调节阀不动作,以减少阀的
8、机械磨损;偏差较大时，经P算法运算后，单片机通过D/A输出控制信号控制阀门的开度，为了使控制参数现场可调，可用3个电位器产生3路可调电压经过A/D转换实现对A/D转换,实现对PI算法的3个参数(比例系数K、积分系数I、控制周期Tc）在线整定。这种方法不仅可使参数调整方便，而且具有掉电保护功能。、为了提高系统的抗干扰能力,D/A转换器与单片机之间进行光电隔离。使电动阀和单片机之间不共地。3 元器件简介 1 A89C51 单片机 311 概述 T89C51 是一个低电压,高性能 CMS 8 位单片机,40 个引脚，32 个外部双向输入/输出（/O）端口，同时内含个外中断口，2 个 16 位可编程定
9、时计数器,个全双工串行通信口。片内含 ytes 的可反复擦写的 Flas只读程序存储器和 128 ytes 的随机存取数据存储器（R）,可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。器件采用 ATME公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准C5指令系统,片内置通用位中央处理器和 Flh 存储单元,内置功能强大的微型计算机的 A8951 提供了高性价比的解决方案。1.2 主要特性 AT851 的主要特性如下：(1）寿命达000 写/擦循环()数据保留时间:10 年 （3)全静态工作：Hz-24MHz （)三级程序存储器锁定(5)2位内部M （6）3可编程 IO 线 (7)2 个 1位定时器/计数
10、器（）6 个中断源(）可编程串行通道(10)低功耗闲置和掉电模式（1)片内振荡器和时钟电路 31.3 引脚功能 T89C1 引脚排列如图-所示，引脚功能如下:图-A8C51 的引脚排列 V(40）：+V ND（20):接地 P口(9-2):P0 口为 8 位漏极开路双向O 口，每个引脚可吸收 8 个 TL门电流。1 口（1-8):P1 口是从内部提供上拉电阻器的位双向 IO 口,P1 口缓冲器能接收和输出个 TT门电流。口（28）：2 口为内部上拉电阻器的位双向 I/口,P2 口缓冲器可接收和输出 4 个TL 门电流。P3 口（1017）：P3 口是 8 个带有内部上拉电阻器的双向 I/O 口
11、，可接收和输出4 个TL 门电流,P3 口也可作为T89C51 的特殊功能口。RT（9)：复位输入。当振荡器复位时，要保持ST 引脚 2 个机器周期的高电平时间。AE/PR(30）：当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节,在 FLAH 编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时，AE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6,它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的，要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过1 个 ALE 脉冲。PSEN(9)：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取值期间,每个机器周期次EN 有效,但在访问外部数据存储器时
12、，这次有效的 PSN 信号将不出现。EAVP(1)：当 EA 保持低电平时,外部程序存储器地址为（0000FFH）不管是否有内部程序存储器。FLAS编程期间,此引脚也用于施加 1编程电源(VP）。1（19)：反向振荡器放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。TAL2（8):来自反向振荡器的输出。3.2 D590 温度传感器 32.概述 D590 是 AD 公司利用 PN 结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。实际上,中国也开发出了同类型的产品 SG590。这种器件在被测温度一定时,相当于一个恒流源。该器件具有良好的线性和互换性,测量精度高，并具有消除电源波动的特性。即使电源在 5-5V 之间变化,其电流只是在 1 A 以下作微小变化。A590 是电流型温度传感器,通过对电流的测量可得到所需要的温度值。根据特性分档,A90 后缀以 I、J、K、L、M 表示。AD59、AD59M 一般用于精密温度测量电路，其电路外形如图所示，它采用金属壳 3 脚封装,其中 1 脚为电源正端 V+,脚为电流输出端 I,3 脚为管壳，一般不用。集成温度传感器的电路符号如图 3-2 所示。32.主要特性