8051单片机在温度测量控制系统中的应用

第 2 O卷第 2期 2 0 0 7年 O 3月 唐山学院学报 J o u r n a l o f l a n g s h a n C o l l e g e V0 I 2 0 No 2 Ma r 2 00 7 8 0 5 1单片机在温度测量控制系统中的应用 宋凤娟 ， 王春生， 王秀英 ( 唐山学院 ， 河北 唐 山 0 6 3 0 0 0 ) 摘要： 采用 8 0 5 1作为核心元件， 构成温度测量控制系统， 能适应特殊 的温度 曲线， 而且采用不同的 软件系统。 可以适应不同的工艺要求， 具有 良好的可移植性和扩展性。本文对温度测量控制系统的 硬件和软件进行 了总体设计。 关键词： 单片机； 温度测量； 控制系统 中图分类号： TP 3 0 2 1 文献标识码： A文章编号 ： 1 6 7 2 3 4 9 X( 2 0 O 7 ) 0 2 0 0 2 9 0 2 Ap pl i c a t i o n o f M o d e l 8 0 5 1 S C Co mp u t e r t o Te m p e r a t u r e M e a s u r e me nt Co n t r o l S y s t e m S O N G F e n g j u a n ， WA N G Ch u n - s h e n g ， WA N G X iu - y i n g ( Ta n g s h a n Co l l e g e Ta n g s h a n 0 6 3 0 0 0 C h i n a ) Ab s t r a c t ： W i t h 8 o 5 1 S C c o mp u t e r a s i t s c o r e p a r t o f t e mp e r a t u r e me a s u r e me n t c o n t r o l s y s t e m ，t h e t e mp e r a t u r e me a s u r e me n t c o n t r o l s y s t e m c a n a d a p t t O s p e c i a l t e mp e r a t u r e c u r v e s a n d wi t h d i f f e r e n t s o f t wa r e s y s t e ms ，i s s u i t a b l e f o r d i f f e r e n t t e c h n i c a l r e q u i r e me n t s wi t h g o o d p e r f o r ma n c e o f t r a n s p l -d n t a t i o n a n d e x p a n s i o n A g e n e r a l d e s i g n i s ma d e f o r t h e s o f t wa r e a n d h a r d wa r e o f t h e s y s t e m i n t h i s p a pe r Ke y Wo r d s ： S C c o mp u t e r ；t e mp e r a t u r e me a s u r e me n t ；c o n t r o l s y s t e m I ， 朗 吾 在某些生产过程 中， 温度需要根据 工艺要求快速或慢 速 升降或保持恒定 如果采用人工控制 易出现较大误差。热 电偶是 日前温度测量 中使 用最普 遍 的传感 元件之一 。本 文 以MC S 一5 1系列单片机 8 0 5 1为核心元件 以热电偶作为测 温元件 设 计全 自动 测温控 制 系统 加热炉 的加热 时间可 以 根据工艺温度曲线 自动凋节， 从而实现温度 的智能控制 。 1 温度的测量原 理 在工业生产过程中， 温度是需要测量和控制的重要参数 之一。在温度测量中 热电偶的应用极为广泛 它具有结构 简单、 制造方便、 测量范围广、 精度高、 惯性小和输出信号为 电信号， 便于远传或信号转换等优点 另外， 由于热电偶是 一 种有源传感器 测量时不需外加电源 使用十分方便， 所以 常被用作测量炉温、 管道内的气体或液体的温度及固体的表 面温度 。微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量。 两种不 同的 导体 或 半导体 A 和 B 组成 一 个闭合 回路 P l ) c I l l 围 热 电偶测温原理图 如图。若导体 A和B的连接处 T和To 温度不同 一端温 度为 |r 称为工作 端或 热端 ， 另一 端温 度为 称 为 自由端 ( 电称参考端) 或冷端 ( 设 T ) 回路中将产生一个电动 势， 该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有 关 这 种现象称为“ 热电效应” ， 两种导体组成的 回路称为 “ 热电偶” ， 这两种导体称为“ 热电极” ， 产生的电动势则称为 “ 热电动势” E E 大小为： ( ， ) ( 丁) 一 ( ) 一 ( 丁 ) +P 口 ( 丁 ) n 一 - n + c 一 、 。 式中 导体 A在 结点 温度 为 T和 T 。 时的 收 犒 日期 ： 一 一 作者简介 ： 术风媚( 一) ， 女 浏教授 ， 主婴从事 I 动控 制的教学与研究 维普资讯 3 O 唐 山学院学报 第 2 O卷 电子密度 ； N ， N 导体 B在 结点 温度 为 1 和 1 1 o时 的电子密度 e h ( 1 1 7 “ 0 ) 一j a d 卜导体 A两端温度为 1 1 、 L T ， 丁 。 时形成的温差电动势l 咖 ( ) = i n 导体 A、 B c 甘 结点在温度 1 时形 成的接 触 电动 势 l 。 口 导体 A 和 B 的汤姆逊系数； 渡尔兹 曼常数。 热电偶回路的热电动势只与组成热电偶的材料及两端 温度有关， 与热电偶的长度、 粗细无关。导体材料确定后 热 电动势的大小只与热电偶两端的温度有关。如果 ( T o ) 一 常数 则回路热电动势 E ( T T o ) 就只与温度 丁有关， 而 且是 、 的单值 函数 ， 这就是热 电偶 的测温原理 2 温度测量 系统的硬件设计 由热电偶传感器输出的毫伏级电压信号经放大电路放 大后输出 O 5 V 电压 来 满 足 AD C 0 8 0 9的要 求 。AD C 0 8 0 9 将此模拟电压转换成数字信号经 P l口送 8 0 5 l单片机进行 数据处理【 l _ 。8 0 5 l 应 用广泛 ， 功能强 大 ， 价 格低 ， 其 内部 有 4 k B R ( ) M程序存储器 1 2 8 B R AM数据存储器 3 2根 I O线， 2 个 l 6 位定时 汁数器 5个中 断源_ 1 。可根据 程序 需要 进 行存储器 的扩展 。 温度 曲线 的设定 值存 放 于 8 0 5 l的程序 存 储器中。硬件 电路如图 2所示 。 反 、 ， 馈 2 n I ) 0】 B 舟 哪 o 干 0 7嚣 舯 舯5 l n - P 2 j ， w- 空 0 E U 圈 2 温度测量系统原理圈 3 温度测量 系统 的软件设计 及说明 热 电偶测量的温度值转换 为电信 号后 ， 由模数转 换电路 A D C 0 8 0 9转换 为数 字 皱 由 P 1口送入 8 0 5 1单 片机lf 2 j 。每 隔 1 0 s由时间中断控制对实测 温度进行 采样 ， 并将采集到 的 温度值与 没定值进行 比较 若实际温度超 出预先设 定的控制 量 系统执行截止或全功率输出指令， 从而控制可控硅的导 通角 ， 控制温度的升降 若实际温度没 有超 出预定的控制范 围 系统按预定值维持预设的温度曲线。( 流程图如图 3 ) 各个时间段的温度预定值存储在存储器中 系统通过程 序 每隔 2 0 S 查询一次当前额定值足 否在恒温时问 内， 如果不 在恒温时间内 取出下 一组预定值 否则保持当前设定值 并 累计恒温时间。当取出下 - 组温度值时 同时输出下一组预 置的每秒 导通 脉 冲数 经锁 存 器 7 4 L S 2 7 3送 往 由 C D 4 0 1 9 2 组成 的预 置计数器进行 计数， 当计满预置数时 ， 计数器清零 圈 3流程 图 并发出一个控制信号 送入过零触发器使可控硅截止。可控 硅过零触发器每秒 只导通预置脉冲数。 当要求导通时 在电 源过零点前就发出一个控制信号 使可控硅在电源过零处 导 通 。 5 总 结 系统设计简单灵活， 其特点是预设温度曲线值存储在存 储器中 8 0 5 1按此预定值调节温度， 能适应特殊的温度曲线 改变预设温度曲线以及相应的软件 从而适应不同的工艺要 求， 具有通用性。 参