通信技术毕业设计-MCS-51单片机温度控制系统64121766.docVIP

3.1 温度测量放大电路 3.1.2 放大电路的设计 0℃-1000℃的温度对应0mV—41.3mV ,热电偶出来的mV电压，大概热端变化一度,热电耦有40微伏的电位差输出，无法直接进行A/D转换，必须进行放大处理。采用OOP07运放组成低漂移高精度前置放大器，对几十微伏变化信号测量比较精确，其放大倍数与 /成正比，可根据需要设计。其中OP07的1、4、5端与构成调零电路。再接一级有运放741构成的续接放大器就可将毫伏级信号放大到需要的幅度，放大倍数可自己设定，741的1、4、5端与构成调零电路。741的输出送给后面的模数转换电路。具体接法如图3.1 图3.1 放大电路 因为传感器输出电压为0mV-42.30mV，而AD574段输入电压为0V—10V，所以应该放大240倍， 取OP07放大10倍，741放大24倍，取=150Ω, =200Ω 由运放原理知道： =20×=3 =24×=4.8 4.1.1 温度控制主程序流程简图 温度控制程序的设计应考虑如下问题： 1 炉温采样，数字滤波程序 2 键盘扫描，键码识别和温度显示程序 3 温度标度转换程序 4 PID计算程序（双字节加法程序DSUM，双字求补程序CPL1，双字节带符号乘法程序MULT1） 4.1.2 中断服务程序设计 因为本设计中T1的中断是嵌套在T0中断之后的，而T0中断是温度控制系统的主程序，用于启动A/D转换、读入采集数据、数字滤波、越限温度报警和越限处理、PID计算输出可控硅的同步触发脉冲等。P1.3引脚上输出的该同步触发脉冲宽度由T1计数器的溢出中断控制，8031 利用等待T1溢出中断的时间完成把本次采样值转换成显示值放入显示缓冲区和调用温度显示程序。8031从T1中断服务程序返回后便可恢复现场和返回主程序，以待下次T0中断。 在T0中断服务程序中，还需要用到一系列程序，例如：采样温度子程序、数字滤波子程序、越限处理程序、PID计算程序、标度转换程序和温度显示程序。PID计算程序中，也需要用到双字节加法程序DSUM，双字求补程序CPL1，双字节带符号乘法程序MULT1。T1中断服务程序流程图如图4.2 ，T2中断程序流程图如图4.3. 图4.2 T1中断程序流程图 图4.3 T0中断服务程序流程图4.2.2 炉温采样、数字滤波程序设计 采样子程序SAMP：流程图如图4.6 图4.6 采样子程序流程图 数字滤波子程序FILTER：用滤波来控制对现场的采样值的干扰。数字滤波程序的算法很多，现以中值滤波为例作说明。 中值滤波原理得很简单，只需对2CH 、2DH 2EH中三次采样值进行比较，取中间值存放到2AH单元内，以作为温度标度转换时使用。图4.7为数字滤波程序流程图。 图4.7 数字滤波程序流程4.2.3 温度标度转换算法 A/D转换器输出的数码虽然代表参数值的大小，但是并不代表有量纲的参数值，必须转换成有量纲的数值才能进行显示，标度转换有线性转换和非线性转换两种，本设计使用的传感器线性好，在测量的量程制内基本能与温度成线性关系。 温度标度转换程序TRAST：目的是要把实际采样的二进制值转换的温度值转换成BCD形式的温度值，然后存放到显示缓冲区78H—7DH。对一般的线性仪表来说，标度转换公式为： =+ （4.1） 式中，为一次仪表的下限， 为一次量程仪表的上限；为实际测量值（工程量）； 为仪表下限所对应的数字量； 为仪表上限所应的数字量； 为测量所得数字量。 例如：若某热处理仪表量程为200—800℃，在某一时刻计算机采样得到的二进制值U(K)=CDH则相应的温度值为： =+=200+（800-200）=682℃ 根据上述算法，只要设定热电偶的量程，则相应的温度转换子程序TARST很容易编写，只要把这一算式变成程序，将A/D转换后经数字滤波处理后的值代入，即可计算出真实的温度值。具体算法如图4.8 图4.8 标度转换程序4.3 PID控制算法 4.3.1 PID算法基本原理 通常，电炉炉温的控制采用偏差控制算法。偏差控制的原理是先求出实测炉温对所需炉温的偏差值，然后对偏差处理，从而获得控制信号去调节电炉的加热功率，以实现对炉温的控制。 在工业上，偏差控制又称为PID（Proportional Integral and Differential,比例积分与微分）。这是工业控制过程中应用广泛的一种控制形式，一般都能收到令人满意的效果。 控制论告诉我们，PID控制的理想微分方程为： U（t）= （4.2） 其中e(t)=r(t)-y(t)称为偏差值，可作为温度调节器的输入信号，其中r(t)为