【关键词】 水温控制系统 pid控制单片机
温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量,因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。
一 系统设计方案的论证与比较
根据题目要求,电热锅炉温度控制系统由核心处理模块、温度采集模块、键盘显示模块、及控制执行模块等组成。
方案一 采用8031作为控制核心,以使用最为普遍的器件adc0809作模数转换,控制上使用对电阻丝加电使其升温和开动风扇使其降温。此方案简易可行,器件的价格便宜,但8031内部没有程序存储器,需要扩展,增加了电路的复杂性,且adc0809是8位的模数转换,不能满足本题目的精度要求。
方案二 采用比较流行的 at89s51 作为电路的控制核心,使用 12位的高精度模数转换器 ad574a进行数据转换,控制电路部分采用pwm控制可控硅的通断以实行对锅炉温度的连续控制,此方案电路简单并且可以满足题目中的各项要求的精度。
综上分析,我们采用方案二。系统设计总体框图如下。
图 1 控制器设计总体框图
根据温度变化慢,并且控制精度不易掌握的特点,我们设计了以 at89s51 单片机 为检测控制中心的电热锅炉温度自动控制系统。温度控制采用改进的pid数字控制算法,显示采用3位LED静态显示。该设计结构简单,控制算法新颖,控制精度高,有较强的通用性。所设计的控制系统有以下功能：
· 温度控制设定波动范围小于± 1%,测量精度小于±1%,控制精度小于±2%,超调整量小于±4%;
· 实现控制可以升温也可以降温;
· 实时显示当前温度值;
· 按键控制：设置复位键、运行键、功能转换键、加一键、减一键;
· 越限报警。
二 硬件电路设计
硬件电路主要有两大部分组成：模拟部分和数字部分：从功能模块上来分有：主机电路、数据采集电路、键盘显示电路、控制执行电路。
1 主机电路的设计
主机选用 atmel公司的51系列 单片机 at89s51来实现,利用单片机软件编程灵活、自由度大的特点,力求用软件完善各种控制算法和逻辑控制。本系统选用的at89s51芯片时 钟可达 12mHz,运算速度快,控制功能完善。其内部具有128字节ram,而且内部含有4kb的FLASH ROM 不需要外扩展存储器,可使系统整体结构更为简单、实用。
2 i／0通道的硬件电路的设计
就本系统来说,需要实时采集水温数据,然后经过 a／d转换为数字信号,送入 单片机 中的特定单元, 然后一部分送去显示;另一部分与设定值进行比较, 通过 pid算法得到控制量并经由单片机输出去控制电热锅 炉加热或降温。
2.1 数据采集电路的设计
数据采集电路主要由 ad590, 0p07, 74ls373,ad574a等组成。 由于控制精度要求为 0.1 度,而考虑到测量干扰和数据处理误差,则温度传感器和 ad 转化器的精度应更高才能保证控制精度的实现,这个精度可处粗略定为 0.1 度。故温度传感器需要能够区分 0.1 度;而对于 ad 转换器,由于测量范围为 40-90 度,以 0.1 度作为响应的 ad 区分度要求,则 ad 需要区分 (90-40)/0.1=500 个数字量,显然需要 10 位以上的 ad 转换器。 为此,选用高精度的 12位ad574a。
为了达到测量高精度的要求,选用温度传感器 ad590,ad590具有较高精度和重复性(重复性优于0．1℃,其良好的非线形可以保证优于0．1℃ 的测量精度,利用其重复性较好的特点,通过非线形补偿,可以达到0.1℃测量精度.)超低温漂移高精度运算放大器 0p07将温度一电压信号进行放大,便于a／d进行转换,以提高温度采集电路的可靠 性。模拟电路硬件部分见图 2。
本文关键字：温度控制器 51单片机，单片机-工控设备 - 51单片机
