基于MCS51单片机温度控制系统

4星(超过85%的资源)
所需积分/C币:32 2009-04-10 19:45:04 1.07MB APPLICATION/MSWORD
369
收藏 收藏
举报

常用的温度检测元件主要有热电偶、热电阻、热敏电阻等。热电偶主要是利用两种不同金属的热电效应,产生接触电势随温度变化而变化,从而达到测温的目的。测量准确,价格适中测温范围宽,线性度较好。但其输出电压受冷端温度影响,需要进行冷端温度补偿,使电路变得复杂,在本题中并非最佳方案。 热敏电阻由金属氧化物或半导体材料制成,灵敏度高、热惰性小、寿命长、价格便宜。但其测量的稳定性和复现性差,测量精度无法满足本题发挥部分0.2℃的要求。而且线性度差,需要进行查表线性拟合,大大浪费控制器的资源,因此不能选用。 热电阻是利用金属的电阻率随温度变化而变化的特性,将温度量转化成电阻量。其优点是准确度高,稳定性高,性能可靠,热惯性小、复现性好,价格适中。但电阻值与温度是非线性关系,Pt100热电阻,当0℃<t<850℃时可用下式表示: 其中A=3.9083╳10-3 /℃;B=-5.775╳10-7 /℃;由此可见,温度越高非线性误差越大,本题目要求温控范围是40℃~90℃,温度较低。经计算当温度为90℃时,非线性误差为0.34%,运用最小二乘法适当的进行零点和增益的调整,还可使此误差降低一倍,而本题要求精度为,0.2/90=0.22%,因此在本题中可以选用Pt100热电阻,并可近似将其电阻值与温度看作线性关系。 2、 放大电路 热电阻所测得的是电阻量,需要转化为电压量才能被控制器采集。最基本的电阻-电压转换电路是将其与另一固定电阻串联,但这种方法,当温度为量程下限时输出不为零,这样不利于小信号的放大和提高A/D转换的精度。因此,本作品采用桥路测量,电路如图2所示: 其中R1R2为10kΩ固定电阻,Rt为热电阻,Rw2为调零电阻,由于 ,因此上下两支路电流相等,并保持恒定不变,输出电压 ,可调整Rt0=Rw2,使得 由于在桥路中R1很大,使得输出量uo变化很小,当Rt从0到100℃变化时,输出仅有十几毫伏,因此还需要进行小信号放大。本作品所用低频增益可调放大电路如图3: 其中Rw1为增益电阻,用于调整测量满量程,运放采用低噪声NE5532,令R1=R2,R3=R4,R5=R6,则该放大电路总增益为 ,当Rw1从0到50kΩ变化时,Av的变化范围为150至+∞,满足所需增益要求。 3、 A/D转换 题目所要求测量度精度为0.2℃,测温的范围应该为室温到要求的最高温度,即20~90℃,这就决定了A/D转换的最低分辨率不低于0.2/(90-20)=1/350,而普通八位A/D转换芯片只能达到1/256,不能满足要求。而如果选用更高位的芯片,将大大增加成本。温度是一种变化时间常数较大的物理量,对A/D转换速度要求不高,因此,在设计中选用了压控振荡器,先将电压信号转化为频率量,再通过控制器的计数功能转化为数字信号,这样可以大大提高精度,节约成本。 压控振荡器如图4所示: 电容器C1充电周期为 ,放电周期为 ,由于 所以 ,所以其振荡频率可近似看作与输入电压Ui成正比。但当频率较高时,仍有较大(约为5%)非线性误差,不能满足题目要求。因此,在作品中利用FPGA的优点,该测频率为测正脉冲宽度,再通过单片机求倒数,这样即可完全消除非线性误差。 4、 控制器 对水温的反馈偏差控制,就必然用到经典控制理论中的PID(Proportional Integral and Derivative比例积分微分)控制,控制器可有多种选择,如模拟电路、单片机、逻辑器件等。 模拟电路控制可对偏差变化进行连续的控制,技术成熟,性能较稳定。但其缺点是不便于显示,调整PID参数需更换元器件,易受到外界干扰等,在现在这个数字化高度发展的时代已趋于淘汰。 单片机作为微型计算机的一个分支,已有二十多年的发展,在各控制领域都有广泛的应用。而近年以FPGA(现场可编程门阵列)为代表的可编程逻辑器件异军突起,其优异的性能大大弥补了单片机响应速度慢、中断源少的缺点。但FPGA的运算能力有限,因此,在我们的设计中采用FPGA与单片机相结合的控制方式,二者优势互补,性能大大提高。 在本作品中,FPGA主要负责接收压控振荡器的信号,通过测量其正脉宽而获得电压量;单片机接收FPGA发送的数据,进行显示、PID运算,和输出。 5、 输出驱动电路 控制器将其PID运算的结果转化为不同占空比的脉冲信号输出,该信号作用于执行机构还需要经过驱动电路。 本作品中采用交流调功电路,即将负载与交流电源接通几个周波,再断开几个周波,通过改变开通与断开周波的比值来调节负载所消耗的平均功率。具体实现电路如图5。 将220V/50Hz的市电,经电阻分压到5V以下,输入运放的同相输入端,运放作为过零比较器,当市电过零时,产生跳变,运放输出送到D触发器的时钟端,D触发器的输入接单片机输出的脉

...展开详情
立即下载
限时抽奖 低至0.43元/次
身份认证后 购VIP低至7折
一个资源只可评论一次,评论内容不能少于5个字
wanglianhuan 初学者很有用
2014-03-24
回复
Dianna0328 非常不错的资料,对我写课程设计很有用
2013-12-11
回复
流浪的魔方 很长之前下载的了,好像挺有用的。。
2013-12-01
回复
smile__2011 很不错,了解DS18B20
2013-08-05
回复
邪仔 内容很详细 对学习温控了解DS18B20很有帮助
2013-07-24
回复
xghost4lg 论文 内容挺具体的 写的挺专业的~~
2013-07-17
回复
lsl_drift 非常好的资料,内容详细
2013-06-20
回复
tianlining0101 还可以的材料,东西挺详细的,内容也还不错
2013-05-27
回复
air_love_code 资源描述中没有体现是labview实现的哈~不过设计思路、labview介绍都挺好的。谢谢楼主~
2013-03-30
回复
wangxiaoqi01 图有点小了,不过很想详细的报告,很不错。
2013-03-15
回复
您会向同学/朋友/同事推荐我们的CSDN下载吗?
谢谢参与!您的真实评价是我们改进的动力~
关注 私信
上传资源赚钱or赚积分
最新推荐
基于MCS51单片机温度控制系统 32积分/C币 立即下载
1/0