科技论坛 ・６ｌ・ 温度测控系统 张子路李祥 （武昌工学院，湖北武汉４３００００） 摘要：温度是工业对象中主要的被控参数之一，尤其是在冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各种工业中，而且人们都需要对各类 加热炉、热处理炉和锅炉中的温度进行检测和控制，但是由于工艺不同，所需要的温度高低也是不同的，所以采用的测温元件和测温方法 是不同的，加热方式和燃料的异同也影响控制温度的精度和控制方案也是不同的，现在的单片机技术十分的成熟，单片机具有集成度高、 功能强、存储量大、速度快、抗干扰性强和指令丰富等优点，应用十分的广泛，本文就是单片机应用在温度控制，这一系统具有高精度、测 控速度快、测控温度范围广等性能的温度测控系统。 关键词：温度；测控；系统 单片机的各项负担，使ＣＰＵ得工作效率有所提高。 温度测控在工业匕应用十分的广泛，而且随着传感器技术、微电子 ２５输出控制电路。在进行设计输出控制通道的时候，以前都是采用 技术、单片机技术的不断发展，为智能温度控制系统测控功能的完善、 继电器，但是继电器使用以后噪声很大，而且机械性能比较差，所以现 测控精度的提高和抗干扰能力的增强提供了有力的条件，而且现在的 在基本被取代，本系统主要采用的是无极调速装置，就是用经过Ｄ／Ａ转 单片机具有集成度高、功能强、体积小、价格低、抗干扰能力等优 。 换输出的模拟电压控制连续可制器，驱动电磁调速器带动被控对 现在单片机的应用越来越广泛，同时也是十分先进的科学技术，所 象，这样就可以解决弱电与强电的隔离和对强电的控制的问题。 以本温度测控系统的设计主要是以ＡＴ８９Ｃ５１单片机为控制的核心，然 ３系统的ｐＩＤ控制算法 控制算法是十分重要的，直接影响着控制系统的好坏，这一系统主 后再通过硬件电路的制作和软件程序的编制，以实现—个温度控制系 统运行的设计，这一系统的主要组成部分有采集模块、显示模块、通信 要是由—个闭环控制的计算机进行控制系统，主要就是按照一定的采 模块、键盘输＾、模块和功率模块，其工作原理就是在经过温度检测及变 样周期Ｔ去对被控量进行采样，算出控制量，然后再输出控制执行器， 换电路把被测对象的温度转换为电信号，这一电信号在经过ＭＤ变换 来实现对被控制对象的控制０ 器转换为数字信号后送入单片机中，并且与给定的对应所要控制的多 ＰＩＤ的调节规律可以通过离散化后的位置式ＰＩＤ算法近似计算： 组温度值进行比较，查找温度值所在的范围，预载ＰＩＤ参数，当温度初 ｕｉ＝ｋｐ［ｅｉ＋Ｔ／Ｔｉ乏ｉｊ＝Ｏｅｉ＋Ｔｄ／１Ｙｅｉ—ｅｉ－１）］＋ｕＯ 值对应的受控对象的转速初值经Ａ／Ｄ转换成模拟电压控制连续可 对于式中：ｗ为设定值，ｙｉ为第ｉ次实际输出值，Ｔ为采样周期，ｋｐ 器，并且驱动电磁调速器带动被控对象，并且反馈到单片机之中，并在 为比例系数，Ｔｉ为积分时间，Ｔｄ为微分时间，ｕＯ为偏差为零时的控制作 规定时间内不断的循环这个程序，指导输出的转速值与转速初值相等 用，如果采样的周期取得足够小，离散化的逼近可以相当准确。 为止。此系统的软件采用汇编语言进行模块化编程，模块主要包括主程 可以用位置式算法推出的增量式ＰＩＤ算法计算实际输出值得增 序：键盘中断、串行中断和定时器中断三个中断程序，还有显示、数字滤 量：Ａｕｉ＝ｋｐ［ｅｉ—ｅｉ－１＋（ｒ，Ｔｉ）ｅｉ＋Ｔｄ／１ ｉ一２ｅｉ－１＋ｅｉ－２）］ ４软件控制程序的功能 波、ＰＩＤ算法、温度标尺转换等几个程序，这一系统的温度控制范围是 ０～１２０￣Ｃ，而且可以控制精度为０．１℃，具有很好的响应速度十分陕捷、 ４Ｉｌ监控程序。所谓的监控程序就是由系统自检程序、温度显示程 功耗很低、可靠性好的特点。所以此设计系统具有很强的应用性，适合 序、转速显示程序组成，监控程序主要是对系统程序进行自我修复与调 工业高温温度的控制。 整、以便于实时显示所测对象的温度和被控对象的转速的。 ２温度测控系统硬件组成元件的选择 ４．２闭环温度控制程序。闭环温度控制程序主要是由求偏差Ｅ和偏 ２．１温度检测及变换电路。温度信号一般采用的是热电偶、热电阻 差变化率Ｅｃ、数据量化算法、增量ＰＩＤ控制算法等程序模块组成，可以 或集成温度传感器等进行检测的，此系统主要选择集成温度传感器 通过计算输出模拟电压控制可制器，调节被控对象转速的大小。 ＡＤ５９０，其中ＡＤ５９０产生的电流与绝对温度成正比，其工作时的工作 ４．３温度采样中断处理程序。温度采样中断处理程序有温度采样程 电压为４～３０Ｖ，可检测的温度为一５５～＋１５０℃，当温度每增加１℃的时 序、数字滤波程序、温度显示程序组成，主要就是对ＡＤ５９０检测的温度 候，其电流就会增加１ Ａ，当温度处在０℃的时候输出的电流为 信号经过运算放大器和数字滤波，送到单片机内，然后通过ＬＥＤ显示 ２７３．２ Ａ，所以ＡＤ５９０的输出电流是需要具体计算的，其公式为： 温度的数值。 Ｉ＝２７３．２ Ａ＋ｔ℃Ｘ １ Ａ＃Ｃ ４．４ ＩＮＴＯ中断处理程序。ＩＮＴＯ中断处理程序是由键盘控制程序、 负载上的输出电压为：Ｕ＝ＩＲ。 ＰＩＤ参数显示程序、传送程序组成，用键盘输入各项参数，并且调试以后 ２．２ Ａ／Ｄ转换电路。Ａ／Ｄ转换器的作用是ＴＬＣ２５４３与单片机的接 符合系统参数值。 口电路，所以会选用串行Ａ／Ｄ芯片ＴＬＣ２５４３，这种芯片主要是利用ｌ２ 结束语 位开关电容逐次逼近模拟信号的模数转换器，片内有１４位通道，而且 对于过去的温度测控方法主要就是使用继电器带动接触器进行控 还具有１２位分辨率ＭＤ转换口，在标定转换温度范围内转换时间为 制，这种方式只能在一定范围内实现温度控制，是一种有触 的控制方 １Ｏ Ａ，输出的数据长度是可以编程的，ＴＬＣ２５４３具有自带采样的功能， 式，所以这种方法存在的问题就是控制精度低、工作可靠性差、能耗大、 所以在输出引脚可以直接与单片机的并行Ｉ／Ｏ口连接。 使用成本高等不足之处，但是本设计系统主要采用单片机作为控制的 ２．３ Ｄ／Ａ转换电路。Ｄ／Ａ转换电路作为ＴＬＣ５６１５与单片机的接口 核心，并且运用ＰＩＤ算法，可以对工作时温度进行连续自动调整，而且 电路采用带有缓冲基准输入的１０位电压输出数据的模拟转换器 具有较高的准确性和稳定性，还可以根据需要对参数进行调整，以满足 ＴＬＣ５６１５，这种芯片的功能具有基准电压两倍的输出电压范围，而且可 温度控制的要求。ＰＩＤ算法的使用，避免长时间使用引起的控制误差，而 以通过３线串行总线和工业标准的微处理器可微控制器接口，接收１６ 且系统所采用的是无触 控制，有效的提高了系统的控制精度和可靠 位数据字以产生模拟输出。为了使ＴＬＣ５６１５可以充分的利用，所以在 性。 设计中会把器件的ＡＧＮＤ端连接到系统模拟地，并且会使用分离的模 参考文献 拟地和数据地，以便于可以达到最好的接地连接的效果，更有效的提高 【ｌ降志广，张辉，王永学，张志东．基于１２８ｘ６４点阵液晶显示的智能温度 了系统的性能。 控制器的设计与实现棚．实验室科学，２０１０（３）． ２．４键盘和显示电路。对于键盘和显示电路的选择，一般会使用 ［２］廖明，罗利文．智能多点模糊ＰＩＤ温度控制系卿．微计算机信息，２００７ Ｉｎｔｅｌ公司的可编程键盘和显示器专用接口芯片８２７９这种芯片可以对 （１０）． 显示器自动扫描，而且还能识别键盘上按下键的键号，所以使用８２７９ ［３］刘喜红，吴康雄．基于８９Ｃ５１单片机控制的沥青储油罐自动化计量 ． 可以代替单片机使键盘和显示器的接口进行连接操作，有效的减少了 建设机械敲术与管理。２０１０（１１）． １温度测控系统的组成
