基于8051的变速调温系统
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在某些生产过程中,温度需要根据工艺要求快速或慢速升降或保持恒定,如果采用人工控制,不但费时费力,而且控制精度与操作人的经验、身体情况、精神状况等有关,易出现较大误差。所以需要设计高性能的温控系统。
以MCS-51系列单片机8051为核心元件,以热电偶作为测温元件,设计全自动变速温控系统,加热炉的加热时间可以根据工艺温度曲线自动调节,从而实现温度的智能控制。
1 工作原理
各个时间段的温度预定值存储在存储器中,系统通过程序每隔20 s查询一次当前预定值是否在恒温时间内,如果不在恒温时间内,则取出下一组预定值,否则保持当前设定值,并累计恒温时间。
热电偶测量的温度值转换为电势后,由模数转换电路ADC0809转换为数字量,由P1口送入单片机。每隔10 s由时间中断控制对实测温度进行采样,并将采集到的温度值与设定值进行比较,若实际温度超出预先设定的控制量,系统执行截止或全功率输出指令,从而控制可控硅的导通角,控制温度的升降。若实际温度没有超出预定的控制范围,系统按预定值控制可控硅每秒导通的脉冲数,维持预先的温度曲线。
对控制系统的干扰,一是电网电压的波动导致电热炉失控;二是电热炉本身状况的改变。针对这两种情况,系 统对电网电压和电热炉工况进行采样,经反馈网络传送给控制系统,改变可控硅的通断时间比,从而抵消上述干扰带来的影响。
2 硬件设计
8051应用广泛,功能强大,价格低,其内部有4 kBROM程序存储器,128 kBRAM数据存储器,32根I/O线,2个16 b定时/计数器,5个中断源。硬件电路如图1所示。
由于8051内部集成了4 kBROM,根据程序需要进行存储器的扩展,用一片EPROM2716作为8051的外部程序存储器,由8051的P0口传送的2716低8位地址经 74LS273锁存后,与2716的低8位相连,高3位A8~A10由P2口的低3位P2.0~P2.2直接传送,ALE的下降沿用来锁存外部地址,并用 PSEN作为外部EPROM的选通信号。温度曲线的设定值和可控硅每秒导通脉冲数存放于8051的内部程序存储器中。
当内部存储器被选中,取出下一组温度值时,同时输出下一组预置的每秒导通脉冲数,经锁存器74LS273送往由2片CD40192级连后组成的预置计数器,进行预置计数,当 CD40192的PE端为“0”时,锁存于74LS273中的预置数即置于CD40192中,CD40192开始计数,当计满预置数时,计数器清零,并发出一个控制信号,送入过零触发器使可控硅截止。
可控硅过零触发器每秒只导通预置脉冲数,当要求导通时,在电源过零点前就发出一个控制信号,使大功率双向可控硅在电源过零处导通。
热电偶采集的温度模拟信号由ADC0809经P1口送入8051进行数据处理,实测温度与设定温度比较后的偏差值,经接口芯片8255送往显示器进行温度显示。
3 程序设计
系统软件主要由主程序模块、A/D转换模块、数据处理模块、显示模块组成。
主程序模块和A/D转换模块程序流程图如图2和图3所示。
在程序运行过程中,8051的定时时钟计数贯穿整个过程,在时钟控制下经软件分频即可求出延时10 s所需的循环次数,每循环一次就向时间累计单元加1,在时间循环过程中的延时段内,可以调用其他子程序去完成其他操作,当达到10 s或20 s定时时间,通过设立标识来识别采样时间间隔。
4 总 结
本系统的设计简单灵活,其特点是预设温度曲线值可以存储于存储器中,系统按照此预定值调节温度,改变预设温度曲线以及相应的软件,从而适应不同的工艺要求,具有通用性。
参考文献
[1]王福瑞.单片微机测控系统设计大全[M].北京:北京航空航天大学出版社,1999.
[2]陈光东.单片微型计算机原理与接口技术[M].武汉:华中理工大学出版社,1998.
[3]林友德.传感器及应用技术[M].上海:上海科学技术文献出版社,1992.