MCS-51單片機溫度控制系統的設計

張向陽 趙明月 董瀚澤

摘 要：在論文的分析中，基于軟硬件兩大角度探討MCS-51溫控方案的分析思路，針對硬件的基本原理以及框圖進行較為簡易的介紹。

關鍵詞：MCS-51單片機：溫度：軟硬件;硬件原理圖：程序框圖

引言

對于當代的工業產出體系而言，電流、電壓以及流量等多個方面的指標，均為相對常見的控制數據。諸如，對于冶金、化工以及電力等多個產業，使用中都應當針對各種熱爐、鍋爐等方面的溫度，開展相應的識別與管控活動。在設計的過程中運用MCS-51單片機針對溫度采取嚴格的管控方案，一方面有著管控程序較為便捷、簡易以及靈活等多種優勢，另一方面也可以實現指標的顯著優化，進一步帶動產品的質量與產出效率大幅提升。針對該問題，通過單片機針對溫度采取相應的控制處理，作為工業產出體系中較為多見的問題。在論文的分析中以此為案例開展相應的分析，期望可以實現舉一反三的啟發之效。

1 硬件電路設計

以熱電偶為檢測元件的單片機溫度控制系統電 路原理圖略可向作者索取。

1.1溫度檢測和變送器

溫度檢測元件和變送器的類型選擇與被控溫度 的范圍和精度等級有關。

變送器由毫伏變送器和電流/電壓變送器組成：毫 伏變送器用于把熱電偶輸出的0mV-41.32mV變換成 4mA-20mA的電流;電流/電壓變送器用于把毫伏變送 器輸出的4mA-20mA電流變換成0-5V的電壓。為了提高測量精度，變送器可以進行零點遷移。

例如：若溫度測量范圍為500"-1000"，則熱電偶輸 出為20.6mV-41.32mV，毫伏變送器零點遷移后輸出 4mA-20mA范圍電流%這樣，采用8位A/D轉換器就 可使量化溫度達到1.96"以內。

1.2接口電路

接口電路采用MCS-51系列單片機8031，外圍擴 展并行接口 8155，程序存儲器EPROM2764，模數轉換 器ADC0809等芯片。

1.3溫度控制電路

8031對溫度的控制是通過雙向可控硅實現的。如 單片機溫度控制系統電路原理圖所示，雙向可控硅管 和加熱絲串接在交流220V、50Hz市電回路。在給定周 期T內，8031只要改變可控硅管的接通時間即可改變 加熱絲的功率，以達到調節溫度的目的。

可控硅接通時間可以通過可控硅控制極上觸發 脈沖控制%該觸發脈沖由8031用軟件在P1.3引腳上 產生，在過零同步脈沖同步后經光電耦合管和驅動器 輸岀送到可控硅的控制極上%

2 溫度控制的算法和程序框圖

2.1溫度控制算法

通常，電阻爐爐溫控制都采用偏差控制法%偏差 控制的原理是先求出實測爐溫對所需爐溫的偏差值，然后對偏差值處理獲得控制信號去調節電阻爐的加 熱功率，以實現對爐溫的控制。在工業上，偏差控制又 稱PID控制，這是工業控制過程中應用最廣泛的一種 控制形式，一般都能收到令人滿意的效果。

2.2主要子服務程序框圖

主要服務子程序包括溫度檢測采樣及數字濾波 子程序、帶符號雙字節乘法子程序和標度轉換子程序 目的是把實際采樣取得的二進制值轉換成BCD碼形 式的溫度值，然后存放到顯示緩沖區中，供顯示子程 序調用。

對于一般線性儀表來說，標度轉換公式為：

V一 V

Tx=Ao +（Am-Ao）

V一 V

其中，A。為一次測量儀表的下限;Am為一次測量 儀表的上限;Ve為實際測量值（工程量）;Vm為儀表上 限對應的數字量;V。為儀表下限對應的數字量。

PID控制正是數字控制系統之一，它是比例 積分微分控制，它具有原理簡單，使用方便，適應性強 特點。經PID運算后得到的數值經D/A轉換器輸岀到 變頻器，控制電機轉速達到和振動體同速度同相位而 使系統處于共振狀態。

不同。例如對于熱慣性大、時間滯后明 顯、耦合強、難于建立精確數學模型的大型立式淬火 爐，可以采用人工智能模糊控制算法，通過對淬火爐 電熱元件通斷比的調節，實現對爐溫的自動控制，也 可以采用仿人智能控制（SHIC）算法和PID控制算法 的聯合控制方案，實際應用時應靈活運用。

3 結束語

MCS-51單片機，體積小，重量輕，抗干擾能力強，對環境要求不高，價格低廉，可靠性高，靈活性好，即 使是非電子計算機專業人員，通過學習一些專業基礎 知識以后也能依靠自己的技術力量，來開發所希望的 單片機應用系統&本文的溫度控制系統，只是單片機 廣泛應用于各行各業中的一例，相信讀者會依靠自己 的聰明才智，使單片機的應用更加廣泛化。

參考文獻

[1]陳明熒.8051單片機課程設計實訓教材 北京：清華大學出版社2004

[2]胡漢才.單片機原理及其接口技術北京：清華大學出版社1995

[3]徐淑華程退安姚萬生·單片機微型機原理及應用哈爾濱工業大學 出版社1994

作者簡介：

張開生，男，1963年生，高級工程師&主要研 究方向計算機控制系統及控制理論等& Email：kdzks@sina.com

Author Introduction：Zhang Kaisheng，male，bom in 1963，Main research interests include computer control system，control，theory etc.

（712081陜西咸陽陜西科技大學電氣與電子工程學 院）張開生郭國法

（College of Electrical and Electronic Engineering，Shannxi University of Science and Technology，Xi- anyang China 712O81）Zhang，Kaisheng Guo，Guofa