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於 2023年5月31日 (三) 20:40 的最新修訂

自動溫度控制

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隨着社會的快速發展,科技的加速進步,測溫儀器在各個領域應用越來越廣泛,自動化和智能化已經成為現代的溫度控制系統的主流發展方向。因為各行各業對於溫度控制有着越來越高的要求,所以對溫度的控制和測量就顯得較為重要。溫度控制器的使用範圍越來越廣泛,各種能夠應用於不同領域的智能自動溫度控制器隨着產生。自動溫度控制系統主要完成數據採集,溫度定時的顯示,溫度控制,溫度定時的設定以及報警等功能。

基本內容

中文名:自動溫度控制

分類:計算機 自動化

功能:自動完成對溫度的控制和測量

外文名:automatic temperature control

硬件電路:單片機 溫度採集等功能電路

核心:單片機

簡介

隨着社會的快速發展,科技的加速進步,測溫儀器在各個領域應用越來越廣泛,自動化和智能化已經成為現代的溫度控制系統的主流發展方向。因為各行各業對於溫度控制有着越來越高的要求,所以對溫度的控制和測量就顯得較為重要。溫度控制器的使用範圍越來越廣泛,各種能夠應用於不同領域的智能自動溫度控制器隨着產生。

不僅在日常的生產和生活中廣泛應用到溫度控制,現在的很多電子產品單片機中也用到了溫度控制和溫度檢測,這就使單片機溫度控制系統越來越廣泛應用於電子產品之中。

功能

自動溫度控制系統主要完成數據採集,溫度定時的顯示,溫度控制,溫度定時的設定以及報警等功能。

原理

核心控制器由單片機完成,採用數字 PID 控制算法進行過程控制。加熱器件選用熱慣性小,溫度控制精度高,速度快的電熱膜由單片機輸出通斷率控制信號進行控制。

工作原理如下:溫度檢測電路將當前環境濕度信號通過A/D轉換後,送到處理器中,然後處理器通過軟件的運行,將當前溫度信號通過LED顯示出來(顯示溫度值),並且處理器通過程序的運行,判斷當前溫度是否在預先設定的範圍之內。假設不是,系統就會自動進行溫度的調節:當溫度檢測電路檢測到當前環境溫度高於設定值的上限的時候,微處理器將輸出低電平,開始排風散熱降溫;當溫度檢測電路檢測到當前環境溫度低於溫度設定下限時,輸出低電平,使蒸汽機控制電路工作,開始加熱增加溫度。

總體架構

1、溫度檢測電路。用於檢測溫度。

2、微控制器。可以採用某種單片機,作為主控制器。

3、電源穩壓電路。用於對輸入的200V交流電壓進行變壓、整流。

4、鍵盤輸入電路。用於設定初始值等。

5、LED顯示電路。用於顯示溫度。

6、功率驅動電路(溫度調節電路)。

系統設計

自動溫度控制系統由主控制器、測溫電路、顯示電路和鍵盤電路組成。系統主控制器採用單片機 AT89S51,溫度傳感器為 DS18B20,用 LCD 128X64 液晶顯示屏實時顯示當前溫度及控制溫度。鍵盤電路採用 3*4 矩陣鍵盤來設定需要溫度。

單片機

系統選擇 AT89S51 單片機,其特性如下:

1、4KB 可編程程序存儲器,128B 內部數據存儲器,32 條雙向輸入輸出線,1000次以上的循環寫;

2、有 ISP 在線編程功能,在改寫單片機存儲器內的程序不需要把芯片從工作環境中剝離。速度更快、穩定性更好,燒寫電壓也僅僅需要 4-5V 即可;

3、內部集成計時器,不再需要外接計時器單元電路;

4、電源範圍寬達 4-5.5V,其工作性能更為穩定。

數字溫度傳感器

DS18B20是美國DALLAS 公司推出的一種改進型智能數字溫度傳感器。其主要特點如下:

1、適應電壓範圍較寬,3.0-5.5V,兩種供電方式,寄生電源方式下由數據線供給;

2、單總線數據通信方式,多個 DS18B20 可以並聯到 3 根或 2 根線上,通過一根端口線與 CPU 通信;

3、溫度測量範圍為-55℃~+125℃,可編程為 9~12 位的 A/D 轉換精度。

液晶顯示器

JDL12864 主要由行/列驅動器及128*64的全點陣液晶顯示器組成,可以顯示8*4個(16*16點陣)漢字。其主要特點如下:

1、電源:VDD,+5V。模塊內自帶-10V 負壓,用於作 LCD 的驅動電壓;

2、內置漢字字庫,提供 8192 個 16×16 點陣漢字(簡繁體可選),128 個 16×8 點陣字符;

3、與 CPU 接口採用 8 位數據總線並行輸入輸出和 8 條控制線;

4、工作溫度為-10℃~+50℃。存儲溫度為-20℃~+70℃。

軟件

DS18B20 的單總線工作協議流程是:初始化→ROM 操作指令→存儲器操作指令→數據傳輸。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序。

硬件電路設計

硬件系統主要由 AT89S52 單片機、溫度採集等功能電路組成。

主控單元

AT89S52 單片機為主控制單元。AT89S52 單片機首先根據爐溫的給定值和測量值計算出溫度偏差,然後進行 PID 控制並計算出相應的控制數據輸出。最後將輸出的控制數據送往光電耦合隔離器的輸入端,利用 PWM 脈衝調製技術調整占空比,達到使爐溫控制在某一設定溫度。AT89S52 單片機還負責按鍵處理、溫度顯示以及與上位機進行通信等工作。4位高亮度LED 用於顯示設定溫度或實測溫度。

溫度採集

溫度採集電路主要由鉑銠-鉑熱電偶LB-3構成。LB-3熱電偶可以在1300℃高溫下長時間工作,滿足常規處理工藝要求。測溫時,熱電阻輸出mV熱電勢,必須經過變送器變換成 0-5V 的標準信號。系統選用 DWB 型溫度變送器,並將其直接安裝在熱電偶的接線盒內,構成一體化的溫度變送器,不僅可以節省補償導線,而且可以減少溫度信號在傳遞過程中產生的失真和干擾。

電阻爐爐溫信號是一種變換緩慢的信號。這種信號在進行 A/D 轉換時,對轉換速度要求不高。因此為了減低成本以及方便選材,可以選用廉價的、常用的 A/D 芯片 ADC0808,ADC0808 是一種逐次逼近式 8 路模擬輸入、8 為數字輸出地 A/D 轉換器件,轉換時間為 100us,完全滿足系統設計的要求。經過 ADC0808 轉換所得到的實測爐溫數據直接送入 AT89S52 單片機中進行數據處理。[1]

參考文獻

  1. 自動溫度控制系統愛問文庫網