基于智能控制技術的新型溫控系統的研究

圖4 過零檢測電路

晶閘管在正弦電壓過零點觸發(fā)導通。這樣負載上得到的電壓為一正弦波，電壓每次過零時，晶閘管是否導通是可控的。因而這種方式避免了調壓方式缺點，且晶閘管導通功耗小，運行可靠。調功方式輸入電阻爐的平均功率為:

在(5)式中，P為輸入電阻爐的功率;R為負載有效電阻;U為電網電壓:n為允許導通的波頭數，N為設定的波頭數。

5 單片機接口電路的設計

5.1 微處理器的選擇與A/D轉換設計

本系統設計中采用工業(yè)級全集成混合信號在片系統單片機系列中功能比較齊全的C8051F020微處理器，在片系統SOC(System On Chip)是一個全新的概念，是隨著半導體技術的不斷發(fā)展。集成度越來越高，對嵌入式控制技術的可靠性要求越來越高而產生的。雖然C8051F020自帶了A/D轉換器，但卻滿足不了式鉑電阻的線性校正的要求。所以在鉑電阻測溫電路線性設計的實現中，采用了4位半雙積分型A/D轉換器ICL7135。ICL7135每一個轉換周期分為三個階段:自動調零階段、被測電壓積分階段、對基準電壓UREF進行反積分階段。

處理器C8051F020的時鐘采用12MHz晶體，在不執(zhí)行MOVX指令的情況下，ALE是穩(wěn)定的2MHz頻率，經過4分頻可得到500kHz的穩(wěn)定頻率，傳給ICL7135時鐘輸入端，則ICL7135的滿量程要求為19999,POL信號用來指示輸入電壓的極性。ICL7135在A/D轉換階段，狀態(tài)輸出引腳BUSY為高電平，指明A/D轉換器正處在信號積分和反積分階段，這個高電平一直持續(xù)到消除積分階段結束。在微控制器C8051F020中，利用BUSY作為計數器門控信號，在定時器方式寄存器TMOD中，置T1的門控位GATE為1，利用BUSY作為計數器門控信號，T1計數將受BUSY控制?？刂朴嫈灯髦荒茉贐USY為高電平時計數，那么輸入的信號值為A/D轉換值=BUSY高電平期間內計數器計數值-10001。

5.2 其他功能模塊的介紹

1、電源模塊

因為系統單片機的工作電壓范圍是2.7~3.6V，典型值為3V，本系統單片機及存儲器選用3.3 V供電，但目前很多基于8051的設計都用5V供電，很多外部設備也是采用5V電壓供電，采用電池供電又存在電壓不穩(wěn)定的狀態(tài)，因此必須選擇合適的電源使之滿足要求。所以臺灣明偉公司生產的開關電源，有±5V輸出，供給需5V電源工作的模塊，再5V電壓經過穩(wěn)壓濾波后得到3.3 V電壓給單片機C8051F020供電。另外，因為 C8051F020的I/O均可支持5V電壓輸入，固其與其他模塊電路接口由加5V電源的上拉電阻的電路組成。如圖5所示。

圖5 處理器電源電路

2、時鐘芯片DS 12887

在系統中通過讀取DS 12887寄存器中的實時時間值，送入LCD顯示，另外，因為DS 12887有114字節(jié)為非易失靜態(tài)RAM，其由內部電池供電，能保證十年不丟失，因此可用來存儲重要的設定參數。

3、液晶顯示模塊

人機接口模塊是用戶與控制器交互的橋梁，主要由鍵盤和顯示器組成。鍵盤實現對控制器參數的修改;顯示器用來顯示系統的各參數以及系統的運行狀態(tài)。點陣式LCD是新一代液晶顯示，可以通過液晶點陣的組合來顯示大量字符，顯示信息量很大。雖然它內部結構復雜，但已經做成顯示模塊，只需對這種點陣式液晶模塊進行控制，使用起來非常方便，本控制器使用的是內置T6963驅動器的TURLY M12864點陣式液晶屏。通過液晶屏可以直觀地顯示出系統當前的運行狀態(tài)、設定溫度以及當前檢測到的溫度。

4、鍵盤接口

本系統設計中，鍵盤接口采用4×4行列式矩陣鍵盤接口，采用查詢掃描的方式進行工作，行線和列線分別采用4根數據線。鍵盤有16個鍵，其中有0~9共10個數字鍵;上下左右，四個方向鍵;一個ENTER確定鍵，一個CANCEL取消鍵。

6 結 論

本文介紹了新型溫控系統的硬件電路設計。首先設計了系統用的傳感器鉑熱電阻及其調理電路，這是系統的模擬電路部分，也是控制信息的源頭，為本溫度控制系統提供了溫度電信號。然后把溫度電信號轉換成數字信號送入微控制器C8051F020中，通過微控制器及其接口電路，實現對溫度信號的顯示、判斷、決策及控制。

本文作者創(chuàng)新點:

通過可控硅調功對被控對象電阻爐的加熱，實現系統對被控對象電阻爐的溫度控制，以達到系統所要求的精度。