单片计算机智能温度测控系统.pdf

采 较 单片计算 机智能温度测控 系统 德 兴 铜 矿刘 振 国7 ／／ 【 摘要】 阐 述 计 算 机 智 能 温 度 捌 控 系 统 功 能 特 点 复 王 ； 鬲 该 系 统 以 8 o c 5 5 2 单 片 机 为 核 心 部 件 ． AND CoNT RoL S YS I EM 【 A I T R A C Tl T h is t id e p r e s e n t s t h e f u n c t i o n f e t u m a n d w o r k in g p r in c ip l e o f s i ng l ec h i p c o mp u t e r t e mp e r a t u r e i nt e l l i g e n t i a l i z e d me a s u r i n g a nd c o n t r o l s y s t e m Th e ma i n u n i t o f s y s t e m i s 8 0 C5 5 2 s i n g l ec h i p c o mp u t e r ， an d t h e s y s t em u s e s mi c r o r e L a y t o c o n t r o l s i x s e t l a r g e p o we r h e a t i n g p i p e ． a n d t h e r mo cou p l e t o s i mu l a t e s i g n a l s a r T l p i ng ．t h a t c a n ke e p s t a n t t e mpe r a t u r e o f e n g i n e h o t h o u s e b y c o mp a r i n g s a mp l i n g t e mpe r a t u r e a n d p r es e l e c t e d t em p e r a t u r e ． KEY WORDSSi n gl e c h i p comp u t e r F u z z y , c o n t r o l t h e o r y Th e r mo s t a t i c co n t r o l 1 前 言 德兴铜矿卷尾猴公司电机烤房是用人工 手动控温的，而对电机烘烤工艺要求越来越 高，为了利用现有条件，节约成本 ，对原有 的手动按钮控制大接触器投切加热器的控制 柜进行改造 ，研制成功单片计算机智能温度 测控器。测控器操作简便，故障检测灵敏， 控温精确，显示清晰、直观 ，有很强的抗干 扰能力 ．可以严格地按电机烘烤工艺要求的 时间、温度 执行 温度 控 制。本 测 控器 自 1 9 9 6 年 4月至今运行 良好 ．所有功能都达 到设计要求。 2 系统组成结构 本单片机智能温度测控系统的硬件部分 包括单片计算机，温度采样电路 ，模拟电 源电路 ．数字电源电路 ．精度稳压电路，线 性放太电路，A／ D变换 电路 ．显示器，键 盘 ，继电器控制电路及开关量输入电路。 圆 一 I输 入 输 出 l 圉 1 系统电路简易框图 3 功能及工作原理 本单片机智能温度测控系统在设计上采 用可三次键人控温值 ．控温时间，并可随时 检查 、修改温度、时f田 设置值。数字显示即 时温度 值、时 间值，采 用模 糊 控 制理 论 F UZ Z Y自动切合太功率加热接触器实现 有色矿山1 9 9 9增刊 ， 同 维普资讯 恒温控制。该系统根据热电偶温度传感器输 出的热 电势随温度 变化 的特定规律计算 出 当 前采样温度 。为了提高控温精度，还对运算 放大器的放大倍数 ，A ／ D变换常数进行计 算 ，然后再参与计算即时温度值 ，并利用算 数平均值的数字滤波方式抗外界干扰 。本系 统不仅具有检测灵敏 、控温精 确、显示温 度、时间清晰直观等特点 ，还具有 自动切换 控温值、时间值，风机损坏 自动停机的特 点。软件、硬件设计上考虑了现场干扰而具 有很强 的抗干扰能力 ，做到 了 自动运行 。 3 l 检测 温度 该单片机智能温度测控 系统运用 WR K 型非线性小的热电偶温度传感器将温度传换 成电压 mV信号．再经 4 8 1 倍的信号放大去 A／ D转换 。利用 已调试成功 的硬件 电路 ， 用电子电位差计 ，按热电偶分度表产生模拟 的电势信号 ，该信号放大及 A ／ D转换后 ， 由开发装置读出对应该热电势的数字值 ．这 个数字值与模拟的温度标准值就构成 了一个 数据对 ，在使用温度范围内根据热电偶分度 表上线性分区而获得全部的数据对；再采用 分区拟舍 的方法建立 A ／ D值与温度之间的 函数关系式。将该关系式应用到程序中，不 仅消除了传感器和放大器的菲线性影响，满 足了测量精度要求 ，而且解决了标度变换的 理论推导误差。并将 A／ D转换值进行数字 滤波 ，提高了温度检测的精度。应用测温精 度高达 1 ％。 3 ， 2 控 制温度 卷尾猴公司电机烤房 由六组共 2 9 0 k w 的电热管加热。在温度设置 1 0 0℃ 以上时 ， 该单片计算机温度测控系统控制投人五组加 热管 陕速 升 温。当 温度 设 置 1 0 0 ℃ 以下 时 ， 该系统控制投人三组加热管。六组中专门设 置一组用于稳 定温度 ．提高恒温稳定性 。控 温方 式采 用 了模糊 F UZ Z Y控 制 原 理设 计，由采样得到的电压信 号经放大 A／ D转 换得到数字信号 ，计算机按预定的数字模型 计算出当前采样温度值，并将采样温度值与 预置控温值相 比较得到偏差 E，把 E的范围 定为[ 一4，4 ] 之间变化 的连续量 ，然后 把这一连续的精确量离散化，即将其分为几 档 ，每一档对 应一个 F UZ Z Y集 ，再 进行 F U Z Z Y算法器处理 ，算法器输 出的控制量 经 F U Z Z Y 判断．给出一 个控制量 的确切 值 ，专控工 业 对 象，确 保 控 制 量 稳 定 在 5 ℃范围内，该系统把 [ 一4， 4 ] 之间的 变化量分成 五档 正大取预置温度值 4 “C； 正小取预置温度值 2 ℃ ； 零取预置温度值 ； 负小取预置温度值 一 2 “C； 负大取预置温度值 一 4 “C。 3 3自动切换 设定值 由于电机一般要求在二、三种温度下烘 烤一定时间，因此该单片机温度测控系统软 件上做到 自动切换设置值。也就是操作人员 只需设好二次或三次的温度值、时问值 ，系 统能够在上一次烘烤设定完成后 自动转人按 第二次烘烤设定运行。 3 4 预置温度时间和检查修改预置值 本单片机智能温度测控系统采用键人的 方式预置控温值 ，并将 预置 的温度值 、时 间 值存人内部存贮器，以备检查。操作人员可 以随时调出显示或修改预置的温度值、时间 值。该系统预置温度范 围 0 ～9 9 9 ℃ ，预置 时间 0 0 0 0 -9 9 5 9 。 3 5 显示温度值及 时间值 该单 片机智 能温度测控 系统采用八位 L E D数码 管显示 ，三位 温度值，四位时间 值。每一秒将采样温度值经数字滤波及十进 制调整后显示出来 。时间是运用单片机内的 定时器 T n 定时中断 ，在定时中断子程序 中 计算中断次数获得的。单片机依次将温度 值 、在定时中断子程序 中计算中断次数获得 的 单片机依次将温度值、时间值作数字显 示 ．运行时前三位显示温度值，后四位显示 单片计算机智能温度铡控系统刘振国 口 缩 3 3 4 2 2 4 维普资讯 时 间值 。 3 ． 6报警及 自动关断加热电源 该单片计算机智能温度测控系统在风机 故障 时 自动报警并复位系统 ，电机烘烤完成 后 自动停机 。 3 7 手 动功 能 该单片计算机智能温度测控系统自动温 控出现故障可由操作人员转为手动控制。 4 抑制干扰 采用微型计算机组成的检测和控制系统 设计、制造 、安装和调试过程中，需要解决 的一个 十分 重要 的问题就是抑制干扰 。一方 面抑制干扰信号进人系统 ，另一方面提高系 统放大电路的共模抑制比。本 系统是从 以下 几个具体方面考虑的。 1 抑制共模 干扰 信号 在硬件 电路 中，输入的热电偶温度信号通过差动运算放 大器放 大后 送 A／ D转换 器 的 ，因此抑 制共 模干扰信号性能较强。 2 屏蔽 热电偶传感器到单片机系统 的温度信号用屏蔽线传输。 3 抑制尖脉冲干扰 现场检测表明 ． 尖峰脉冲干扰是不可忽视的主要干扰 ，抑制 干扰的方法是①远离干扰源；②在前置放大 部分加 L C滤渡 网电路 。 4 数字滤波 软件设计采用防脉冲干 扰一阶滞后数字滤波的方法，对读人的信号 进行平滑加工。滤波算式为X i 1 一a X a ． ，式中 x ． 和xl _ l 为第 i 和第 i 1 次读 人后经滤波的信号，x ． 为第 i 次未经滤波读 人和信号。a 为滤波系数，在这里 a 取0 4。 使已进入系统 中的脉冲干扰信号被消弱。 5 采用高抗干扰的开关电源作主机电 源。 6 采用光电隔离，将微机与控制部分 的电源隔离 ，防止干扰信号进入。 7 接地数字地、模拟地分别接地 ， 然后仅在一点处把两种地连起来，否则 ，数 字回路通过模拟电路的地线再返回到数字电 源 ，将会对模拟信号产生影响。 8 自动复位 用监视 定 时器 T 3监视 程序运行 ，当微机控制器进入错误的处理状 态而没有在指定时问内对监视定时器重新装 人，监视电路将产生一个复位信号 ，使系统 复位 。 9 温度设置值保护 当微机受到现场 干扰而内部存贮器中把温度、时间预置值改 变 ，将造成不 良后果。由实践证明，外部数 据存贮器抗干扰能力 比内部数据存贮器强 ， 并且在外部数据存贮器 中设置一个数据区， 在数据区中标记几个定值 ，在软件运行 中， 不断检测数据区中标记定值 ，判断外部数据 区是否受干扰。因此 ，在程序设计中首先就 把设置值送人外部数据存贮器的数据 区保 护，可以用来定时刷新内部存贮器中的预置 值。这种方法在实践中起到了 良好作用。 5 结束语 利用单片微机检测和控制参数 ，完全改 变了传统的模拟仪表控制设计，其灵 活先 进。 本控制系统根据电机烘烤工艺要求 ．自 动实现全过程烘烤 ，提高了电机修理质量． 本温度控制系统在软件上稍加改动即可实现 多点温度 测控 。 有色矿山1 9 9 9 增刊 ■ 维普资讯