毕业论文：智能温度控制器.docVIP

1、目的 本控制器可实时测量现场温度，并根据温度情况和人为设置情况调节现场温度，其中人为设置可通过操作按键完成；根据实际温度设置了4~20mA标准电流输出通道，便于远程传输；另外，本系统还具有温度超越界限时的报警功能。 2、工作使用说明 2.1 系统总结构框图 图1.系统结构框图 3、各部分电路设计 3.1 温度测量通道 如图2所示，1路热电阻、4路热电偶和多路选择开关CD4052、CD4051的组合，可实现5路温度测量的随意切换（其中多路开关的控制由P2^5~P2^0口经74LS373锁存器控制）； 由热电偶、热电阻产生的电压信号经仪用放大电路放大、线性光耦隔离后，送入模数转换器ICL7135； ICL7135与单片机的连接采用了不常用的串行接收方式，而ICL7135的串行接法是通过计脉冲数的方法来获得测量转换结果的。由其时序分析可知，在ICL7135工作过程中的去积相，其脉冲数与转换结果具有一一对应关系。通过单片机的定时器T0来计脉冲器。由于，定时器T0所用的CLK频率是系统晶振频率的1/12。因此可利用单片机的ALE信号作为ICL7135的脉冲（CLK）输入。至此，便可找到定时器所使用的频率与单片机系统晶振频率的关系，以及ICL7135所需的频率输入与单片机系统晶振频率的关系。为了使定时器T0的计数脉冲的ICL7135工作所需的脉冲同步，可以将ICL7135的BUSY信号接至P3.2（INT0）引脚上，并且将定时器T0的选通控制信号GATE倍1。此时定时器T0是否工作将受BUSY信号的控制。当ICL7135开始工作时，也就是ICL7135的BUSY信号跳高时，定时器T0才开始工作，且定时器T0的TH0、TL0所记录的数据与ICL7135的测试脉冲存在一定的比例关系。 　要得到测量脉冲的个数，只需将定时器所记录的脉冲个数除以2即可。而要得到A/D转换结果所对应的脉冲数则应用测量脉冲的个数减去10001。 图2.测温通道电路 3.2按键输入模块 如图3所示，本系统的四个按键，通过光耦隔离，利用74LS244三态缓冲器，连至单片机的PI^0~P1^3口； 图3.按键模块 3.3 4~20mA标准电流输出通道 由P0口输出，经DAC0832转换成模拟电压输出，通过线性光耦隔离，进行V/I变换，转换成标准的4~20mA电流输出；模块的电路图4如下： 图4.电流输出通道电路 其中V/I变换部分的电路，图5如下： 图5.V/I转换电路 通过设置Rc阻值及调整滑动变阻器阻值，可使输出电流为4~20mA,输出电流的表达式为：I=(Vin+Vrf)/Rc 3.4 温度控制输出通道 如图6所示，将输出的pwm脉冲经光耦隔离，三极管的驱动放大后，控制继电器的开、关，进而控制功能电路的开、关。 图6.温度控制输出通道电路 3.5 报警模块 当所测量的温度值超过上、下限时，输出高电平，经光耦隔离、三极管驱动放大后，继电器输出，使扬声器发出声响，同时发光二级管亮。 图7.报警模块电路 3.6 通讯电路 通讯协议采用标准MODBUS通讯协议。单片机外围通讯电路如图8所示： 图8. RS232-485通讯接口电路 4、控制方法描述 本系统的温度调控采用PID控制，整个控制过程各部分细节的总框图如下： 其中，主要部分的实现方法概括如下： ①软件部分的主体结构： ②界面与按键接收程序 利用三维力控组态软件，编写组态界面，如图9所示： 图9.上位机组态界面 ③接收温度信号并将电信号转换为温度 系统电路图中共有4路热电偶、1路热电阻，可循环接收5路的温度信号（通过P2^0-P2^4引出的5根地址线完成选择），并将电信号转换为对应代表的温度值（运用分段线性化方法），最后5组温度的均值（或根据实际情况加权平均）即为现场的实际温度。 实际过程如下：首先，热电阻的电路如图10所示： 图10.热电阻测温电路 其中比较器输出为2、3引脚的电压差，即Rt*I（I为恒流源提供的电流），再经运放放大后送入选择开关（热电偶电压信号经仪用放大电路接至选择开关），由于热电阻等器件的温度-阻值存在非线性，在将单片机接收的电信号转换为对应的热电偶的阻值后，再将阻值对应成相应温度时，要运用分段线性化的方法，即将温度-阻值的非线性曲线划分为若干段，每一段内近似成线性关系，将实际的阻值对应找到其所在的段，则根据段内的线性关系，可得出阻值所对应的温度。 ④PID 控制 引入PID控制，以设定的预期温度值作为输入，测得的实际现场温度作为反馈，调整出适宜的PID参数后，则系统的输出即为现场实际温度会自动跟随设定温度。 ⑤生成相应的pwm信号 将输入温度与反馈温度的温度误差信号，经PID后的信号，按照不同大小，使单片机产生不同占空比的矩形波，送入温度控制通道，当矩形