自动温度控制
仪器设备
随着社会的快速发展,科技的加速进步,测温仪器在各个领域应用越来越广泛,自动化和智能化已经成为现代的温度控制系统的主流发展方向。因为各行各业对于温度控制有着越来越高的要求,所以对温度的控制和测量就显得较为重要。温度控制器的使用范围越来越广泛,各种能够应用于不同领域的智能自动温度控制器随着产生。自动温度控制系统主要完成数据采集,温度定时的显示,温度控制,温度定时的设定以及报警等功能。
简介
随着社会的快速发展,科技的加速进步,测温仪器在各个领域应用越来越广泛,自动化和智能化已经成为现代的温度控制系统的主流发展方向。因为各行各业对于温度控制有着越来越高的要求,所以对温度的控制和测量就显得较为重要。温度控制器的使用范围越来越广泛,各种能够应用于不同领域的智能自动温度控制器随着产生。
不仅在日常的生产和生活中广泛应用到温度控制,现在的很多电子产品单片机中也用到了温度控制和温度检测,这就使单片机温度控制系统越来越广泛应用于电子产品之中。
功能
自动温度控制系统主要完成数据采集,温度定时的显示,温度控制,温度定时的设定以及报警等功能。
原理
核心控制器由单片机完成,采用数字 PID 控制算法进行过程控制。加热器件选用热惯性小,温度控制精度高,速度快的电热膜由单片机输出通断率控制信号进行控制。
工作原理如下:温度检测电路将当前环境湿度信号通过A/D转换后,送到处理器中,然后处理器通过软件的运行,将当前温度信号通过LED显示出来(显示温度值),并且处理器通过程序的运行,判断当前温度是否在预先设定的范围之内。假设不是,系统就会自动进行温度的调节:当温度检测电路检测到当前环境温度高于设定值的上限的时候,微处理器将输出低电平,开始排风散热降温;当温度检测电路检测到当前环境温度低于温度设定下限时,输出低电平,使蒸汽机控制电路工作,开始加热增加温度。
总体架构
1、温度检测电路。用于检测温度。
2、微控制器。可以采用某种单片机,作为主控制器。
3、电源稳压电路。用于对输入的200V交流电压进行变压、整流。
4、键盘输入电路。用于设定初始值等。
5、LED显示电路。用于显示温度。
6、功率驱动电路(温度调节电路)。
系统设计
自动温度控制系统由主控制器、测温电路、显示电路和键盘电路组成。系统主控制器采用单片机 AT89S51,温度传感器为 DS18B20,用 LCD 128X64 液晶显示屏实时显示当前温度及控制温度。键盘电路采用 3*4 矩阵键盘来设定需要温度。
单片机
系统选择 AT89S51 单片机,其特性如下:
1、4KB 可编程程序存储器,128B 内部数据存储器,32 条双向输入输出线,1000次以上的循环写;
2、有 ISP 在线编程功能,在改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。速度更快、稳定性更好,烧写电压也仅仅需要 4-5V 即可;
3、内部集成计时器,不再需要外接计时器单元电路;
4、电源范围宽达 4-5.5V,其工作性能更为稳定。
数字温度传感器
DS18B20是美国DALLAS 公司推出的一种改进型智能数字温度传感器。其主要特点如下:
1、适应电压范围较宽,3.0-5.5V,两种供电方式,寄生电源方式下由数据线供给;
2、单总线数据通信方式,多个 DS18B20 可以并联到 3 根或 2 根线上,通过一根端口线与 CPU 通信;
3、温度测量范围为-55℃~+125℃,可编程为 9~12 位的 A/D 转换精度。
液晶显示器
JDL12864 主要由行/列驱动器及128*64的全点阵液晶显示器组成,可以显示8*4个(16*16点阵)汉字。其主要特点如下:
1、电源:VDD,+5V。模块内自带-10V 负压,用于作 LCD 的驱动电压;
2、内置汉字字库,提供 8192 个 16×16 点阵汉字(简繁体可选),128 个 16×8 点阵字符;
3、与 CPU 接口采用 8 位数据总线并行输入输出和 8 条控制线;
4、工作温度为-10℃~+50℃。存储温度为-20℃~+70℃。
软件
DS18B20 的单总线工作协议流程是:初始化→ROM 操作指令→存储器操作指令→数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序。
硬件电路设计
硬件系统主要由 AT89S52 单片机、温度采集等功能电路组成。
主控单元
AT89S52 单片机为主控制单元。AT89S52 单片机首先根据炉温的给定值和测量值计算出温度偏差,然后进行 PID 控制并计算出相应的控制数据输出。最后将输出的控制数据送往光电耦合隔离器的输入端,利用 PWM 脉冲调制技术调整占空比,达到使炉温控制在某一设定温度。AT89S52 单片机还负责按键处理、温度显示以及与上位机进行通信等工作。4位高亮度LED 用于显示设定温度或实测温度。
温度采集
温度采集电路主要由铂铑-铂热电偶LB-3构成。LB-3热电偶可以在1300℃高温下长时间工作,满足常规处理工艺要求。测温时,热电阻输出mV热电势,必须经过变送器变换成 0-5V 的标准信号。系统选用 DWB 型温度变送器,并将其直接安装在热电偶的接线盒内,构成一体化的温度变送器,不仅可以节省补偿导线,而且可以减少温度信号在传递过程中产生的失真和干扰。
电阻炉炉温信号是一种变换缓慢的信号。这种信号在进行 A/D 转换时,对转换速度要求不高。因此为了减低成本以及方便选材,可以选用廉价的、常用的 A/D 芯片 ADC0808,ADC0808 是一种逐次逼近式 8 路模拟输入、8 为数字输出地 A/D 转换器件,转换时间为 100us,完全满足系统设计的要求。经过 ADC0808 转换所得到的实测炉温数据直接送入 AT89S52 单片机中进行数据处理。
最新修订时间:2023-03-09 17:49
目录
概述
简介
功能
原理
参考资料