基于8051的變速調(diào)溫系統(tǒng)

在某些生產(chǎn)過程中，溫度需要根據(jù)工藝要求快速或慢速升降或保持恒定，如果采用人工控制，不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且控制精度與操作人的經(jīng)驗(yàn)、身體情況、精神狀況等有關(guān)，易出現(xiàn)較大誤差。所以需要設(shè)計(jì)高性能的溫控系統(tǒng)。

以MCS-51系列單片機(jī)8051為核心元件，以熱電偶作為測溫元件，設(shè)計(jì)全自動變速溫控系統(tǒng)，加熱爐的加熱時(shí)間可以根據(jù)工藝溫度曲線自動調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)溫度的智能控制。

1　工作原理

各個時(shí)間段的溫度預(yù)定值存儲在存儲器中，系統(tǒng)通過程序每隔20 s查詢一次當(dāng)前預(yù)定值是否在恒溫時(shí)間內(nèi)，如果不在恒溫時(shí)間內(nèi)，則取出下一組預(yù)定值，否則保持當(dāng)前設(shè)定值，并累計(jì)恒溫時(shí)間。

熱電偶測量的溫度值轉(zhuǎn)換為電勢后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路ADC0809轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，由P1口送入單片機(jī)。每隔10 s由時(shí)間中斷控制對實(shí)測溫度進(jìn)行采樣，并將采集到的溫度值與設(shè)定值進(jìn)行比較，若實(shí)際溫度超出預(yù)先設(shè)定的控制量，系統(tǒng)執(zhí)行截止或全功率輸出指令，從而控制可控硅的導(dǎo)通角，控制溫度的升降。若實(shí)際溫度沒有超出預(yù)定的控制范圍，系統(tǒng)按預(yù)定值控制可控硅每秒導(dǎo)通的脈沖數(shù)，維持預(yù)先的溫度曲線。

對控制系統(tǒng)的干擾，一是電網(wǎng)電壓的波動導(dǎo)致電熱爐失控；二是電熱爐本身狀況的改變。針對這兩種情況，系 統(tǒng)對電網(wǎng)電壓和電熱爐工況進(jìn)行采樣，經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)傳送給控制系統(tǒng)，改變可控硅的通斷時(shí)間比，從而抵消上述干擾帶來的影響。

2　硬件設(shè)計(jì)

8051應(yīng)用廣泛，功能強(qiáng)大，價(jià)格低，其內(nèi)部有4 kBROM程序存儲器，128 kBRAM數(shù)據(jù)存儲器，32根I／O線，2個16 b定時(shí)／計(jì)數(shù)器，5個中斷源。硬件電路如圖1所示。

由于8051內(nèi)部集成了4 kBROM，根據(jù)程序需要進(jìn)行存儲器的擴(kuò)展，用一片EPROM2716作為8051的外部程序存儲器，由8051的P0口傳送的2716低8位地址經(jīng) 74LS273鎖存后，與2716的低8位相連，高3位A8～A10由P2口的低3位P2．0～P2．2直接傳送，ALE的下降沿用來鎖存外部地址，并用 PSEN作為外部EPROM的選通信號。溫度曲線的設(shè)定值和可控硅每秒導(dǎo)通脈沖數(shù)存放于8051的內(nèi)部程序存儲器中。

當(dāng)內(nèi)部存儲器被選中，取出下一組溫度值時(shí)，同時(shí)輸出下一組預(yù)置的每秒導(dǎo)通脈沖數(shù)，經(jīng)鎖存器74LS273送往由2片CD40192級連后組成的預(yù)置計(jì)數(shù)器，進(jìn)行預(yù)置計(jì)數(shù)，當(dāng) CD40192的PE端為“0”時(shí)，鎖存于74LS273中的預(yù)置數(shù)即置于CD40192中，CD40192開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)滿預(yù)置數(shù)時(shí)，計(jì)數(shù)器清零，并發(fā)出一個控制信號，送入過零觸發(fā)器使可控硅截止。

可控硅過零觸發(fā)器每秒只導(dǎo)通預(yù)置脈沖數(shù)，當(dāng)要求導(dǎo)通時(shí)，在電源過零點(diǎn)前就發(fā)出一個控制信號，使大功率雙向可控硅在電源過零處導(dǎo)通。

熱電偶采集的溫度模擬信號由ADC0809經(jīng)P1口送入8051進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)測溫度與設(shè)定溫度比較后的偏差值，經(jīng)接口芯片8255送往顯示器進(jìn)行溫度顯示。

3　程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要由主程序模塊、A／D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊組成。

主程序模塊和A／D轉(zhuǎn)換模塊程序流程圖如圖2和圖3所示。