基于SPCE061A的水溫監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：采用單片機(jī)SPCE061A作為溫度監(jiān)控核心部件，結(jié)合PT100傳感器完成對水溫的采樣，通過數(shù)字濾波技術(shù)消除系統(tǒng)的干擾還原當(dāng)前的溫度值，并且對采集到的溫度值進(jìn)行比例積分微分運(yùn)算處理，實(shí)現(xiàn)了一種水溫監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有良好的溫控能力。
關(guān)鍵詞：SPCE061A；單片機(jī)；溫度控制；PID；Pt100

溫度控制無論在工業(yè)控制領(lǐng)域還是消費(fèi)電子領(lǐng)域應(yīng)用都非常廣泛，如工業(yè)控制中的鍋爐、加熱爐的控制，消費(fèi)電子領(lǐng)域的熱水器、飲水機(jī)的控制。內(nèi)部都涉及到溫度控制。且目前控制算法的豐富也為溫度控制提供了便利條件，應(yīng)用較為普遍地有比例積分微分(PID)控制、模糊控制等。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)以SPCE061A為控制核心，包括傳感器電路、鍵盤和顯示電路、繼電器控制電路和UART通信電路4大模塊。利用SPCE061A自帶的10位A／D轉(zhuǎn)換器，結(jié)合PT100溫度傳感器完成對水溫的采樣，通過數(shù)字濾波等技術(shù)消除系統(tǒng)的干擾因素還原當(dāng)前的溫度值，通過數(shù)碼管顯示出來，并且對采集到的溫度值進(jìn)行PID運(yùn)算處理．實(shí)現(xiàn)對水溫的控制。除此之外，系統(tǒng)還要實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)的上下位機(jī)通信功能，在PC機(jī)上實(shí)時顯示溫度加熱曲線。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

1．1 SPCE061A核心控制器
SPCE061A是一款16位u'nspTM內(nèi)核的微控制器，該微控制器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)基本控制功能同時還具有一些DSP功能。該芯片內(nèi)嵌32k的Flas-hROM和2 k字的SRAM，同時還集成了ADC、DAC、AGC放大電路等，是一顆功能強(qiáng)大的SOC芯片。該芯片擁有8路10位精度的ADC，其中一路為音頻轉(zhuǎn)換通道，另外7路可作為普通的AD轉(zhuǎn)換通道。它可以實(shí)現(xiàn)簡單的加減運(yùn)算，為了處理復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算還添加了硬件乘法器，能夠進(jìn)行n項(xiàng)內(nèi)積運(yùn)算。最高系統(tǒng)時鐘可達(dá)到49 MHz，較高的處理速度使SPCE061A能夠非常容易快速地進(jìn)行復(fù)雜的算術(shù)邏輯運(yùn)算。本系統(tǒng)所采用的是61板，而61板就是SPCE061的開發(fā)系統(tǒng)，61板除了具有單片機(jī)最小系統(tǒng)外，還有電源電路、音頻電路、復(fù)位電路和按鍵等。
1．2 傳感器電路
傳感器電路包括測量電橋和放大電路兩部分，如圖2所示。

本系統(tǒng)的溫度傳感器采用鉑熱電阻溫度傳感器PT100，鉑熱電阻的物理化學(xué)性能在高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定，它能用作工業(yè)測溫元件，且此元件線性較好，在0～100℃時，最大非線性偏差小于0．5℃。R2、R3、R和PT100組成傳感器測量電橋，為了保證電橋輸出電壓信號的穩(wěn)定性，電橋的輸入電壓通過TL431穩(wěn)至2．5 V。從電橋獲取的差分信號通過兩級運(yùn)放放大后輸入單片機(jī)。電橋的一個橋臂采用可調(diào)電阻R3，通過調(diào)節(jié)R3可以調(diào)整輸入到運(yùn)放的差分電壓信號大小，通常用于調(diào)整零點(diǎn)。
放大電路采用LM358集成運(yùn)算放大器，為了防止單級放大倍數(shù)過高帶來的非線性誤差，放大電路采用兩級放大，如圖2所示，前一級約為10倍，后一級約為3倍。溫度在0～100℃變化，當(dāng)溫度上升時，PT100阻值變大，輸入放大電路的差分信號變大，放大電路的輸出電壓AV對應(yīng)升高。