淺論單片機在溫控系統(tǒng)中的應用

一、單片機在貯液容器溫控系統(tǒng)中的應用
　　該系統(tǒng)中以貯液容器溫度為被控參數(shù)，蒸汽流量為控制參數(shù)，輸入貯液容器冷物料的初溫為前饋控制，構成前饋一反饋控制系統(tǒng)。發(fā)揮前饋控制和反饋控制的各自優(yōu)勢，將可測而不可控的干擾由前饋控制克服，其他干擾由反饋控制克服，從而達到控制貯液容器溫度。滿足工藝要求的目的。
　　（一）硬件設計。選單片機AT89C51為主機，配以兩路傳感變送器、多路開關、A／D轉換器、D／A轉換器、V／I轉換器、調(diào)節(jié)閥等實現(xiàn)對貯液容器溫度的自動控制，同時還設有報警電路、鍵盤和顯示電路。系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時，貯液容器的溫度恒定在工藝要求的數(shù)值不變。當冷物料的初始溫度與其設定值相比發(fā)生變化時，如果變化很小，將完全由前饋控制來克服這一變化給系統(tǒng)帶來的影響；如果變化大，前饋控制不能完全克服這一變化給系統(tǒng)帶來的影響，反饋控制則開始動作。當冷物料的初始溫度不變，而由其他干擾引起貯液容器的溫度發(fā)生變化時，只有反饋控制動作，最終使系統(tǒng)重新達到穩(wěn)態(tài)。
1．前向通道的設計
　　采用JUMU90系列的溫度傳感變送器，其輸入范圍為：0℃～500℃，輸出為4mA～20mA（DC），測量精度為0.5％．選用10位逐次逼近式A／D轉換芯片AD571[2]，接收到有效的CONVERT命令后，內(nèi)部的逐次逼近寄存器從最高位開始順次經(jīng)電流輸出的DAC在比較器上與模擬量經(jīng)5k8電阻所產(chǎn)生的電流相比較。檢測完所有位后，SAP中包含轉換后的10位二進制碼。轉換完成后，SAP發(fā)出DR信號（低電平有效），單片機查詢到DR=0時，便使其打開三態(tài)緩沖器輸出數(shù)據(jù)。
2．后向通道的設計
　?。?）D／A轉換器的設計。為了滿足系統(tǒng)的精度要求，選用10位的D／A轉換器DAC1020。由于其內(nèi)部不帶有鎖存器，所以必須通過I／O口才能與AT89C51單片機連接，又由于AT89C51的字長是8位的，一次操作只能傳輸8位數(shù)據(jù)．因此AT89C51必須進行兩次操作才能把一個完整的10位數(shù)據(jù)送到AC1020。為了使10位數(shù)據(jù)能夠同時送人DAC1020，避免輸出電壓波形出現(xiàn)毛刺現(xiàn)象，故必須采用雙緩沖器方式。AT89C51先把高2位數(shù)據(jù)輸出到74LS74（1），接著把低8位數(shù)據(jù)輸出到74LS377，與此同時74LS377的片選信號也作為74LS74（2）的時鐘脈沖，把74IS74（1）的內(nèi)容打人74LS74（2）中，從而使一個完整的數(shù)據(jù)同時到達DAC1020的數(shù)據(jù)輸入端．這樣就消除了DAC輸出端的毛刺現(xiàn)象。
　　（2）執(zhí)行器及調(diào)理電路的設計。系統(tǒng)中選用的是ZMAN16BG，ZGICr18Ni9Ti型號的對數(shù)流量特性的調(diào)節(jié)閥。閥的輸入信號為氣信號，而D／A轉換器的輸出為Ov～5V的電壓信號．所以在D／A轉換器和調(diào)節(jié)閥之間要加一個V／I轉換器和一個電氣閥門定位器，將0v～5v的電壓信號先轉換成4mA～20mA的電流信號后，再將4mA～20mA的電流信號轉換成0．0.2MPa～0．1MPa的氣信號。使調(diào)節(jié)閥接收氣信號而工作。
　　（二）軟件設計。經(jīng)分析，系統(tǒng)軟件可采用結構化模塊程序設計，主要有系統(tǒng)主程序、看門狗中斷服務程序、鍵盤掃描子程序、顯示子程序、報警子程序、A／D轉換子程序、D／A轉換子程序、PID數(shù)據(jù)處理子程序、BCD碼轉換子程序。主程序開始后，先對單片機AT89C51和8155芯片進行初始化，接下來是開中斷，調(diào)用鍵盤掃描子程序，選通多路模擬開關的1號通道，將采集的數(shù)據(jù)送人A／D轉換器轉換后傳入單片機。若溫度越限就報警處理，否則直接處理后送顯示，再選通多路模擬開關的2號通道，將采集的數(shù)據(jù)送人A／D轉換器轉換后送人單片機進行總的運算處理，輸出給D／A轉換器變成模擬信號去改變調(diào)節(jié)閥的開度。
二、單片機在汽車空調(diào)溫控系統(tǒng)中的應用
　?。ㄒ唬┯布到y(tǒng)。本系統(tǒng)選用ATMEL公司的AT89系列單片機中的AT89C52，AT89C52單片機是一種新型的低功耗、高性能且內(nèi)含8K字節(jié)閃電存儲器的8位CMOS微控制器，與工業(yè)標準MCS一51指令系列和引腳完全兼容。有超強的加密功能，其片內(nèi)閃電存儲器的編程與擦除完全用電實現(xiàn)，數(shù)據(jù)不易揮發(fā)，編程／擦除速度快。AT89C52芯片內(nèi)部有6個中斷源：兩個外部中斷INTO和INT1．三個定時器中斷（定時器0，1，2）和一個串行口中斷。在本系統(tǒng)中涉及到AT89C52芯片的中斷源有五個：分別是外部中斷INT1，定時／計數(shù)器T0，T1和T2以及串行口中斷。本測控系統(tǒng)采用電平激活方式，也即是INT1=0；一旦INT1引腳的采樣值為低電平，則TCON寄對于定時器TO和Tl，通過寄存器TMOD，TCON來控制和選擇定時／計數(shù)器的功能和操作模式。這些寄存器的內(nèi)容靠軟件設置，系統(tǒng)復位時，寄存器的所有位都被清零。而T2的工作是靠對T2CON寄存器進行軟件設置而定義的。本系統(tǒng)采用定時TO來計算車廂溫度采集的時間間隔，設置為工作方式1，即l6位計數(shù)定時方式：定時Tl作波特率發(fā)生器使用，選擇在工作方式2，即8位自動加載方式；定時器T2用于確定混合風門步進電機輸入脈沖的頻率，設置位l6位常數(shù)自動重裝人的工作方式。
　　當采用12MHz的晶振時，計數(shù)速率為lMHz．微機串口通常采用RS232電平，而單片機串口是1TrL電平，二者不兼容。所以，接口必須做電平轉換處理。采用MAXIM公司的MAX232電平轉換芯片。單片機串行口的TXD，RXD和GND經(jīng)電平轉換分別與微機的RXD，TXD和SG相連，MAX232電平轉換芯片的第9，10引腳分別接單片機的l0和11引腳。DB9串口的第2，3引腳分別接MAX232電平轉換芯片的7，8引腳。通過MAX232的TTL電平和RS232的輸入／輸出端口，自動地調(diào)節(jié)了單片機串口的TTL電平信號和RS232的串行通信信號的電平匹配。數(shù)據(jù)發(fā)送是由一條寫發(fā)送寄存器（SBUF）的指令開始，隨后在串行口由硬件自動加人起位和停止位，構成一個完整的幀格式，然后在移位脈沖的作用下，由TXD端串行輸出。一個字符幀發(fā)送完后。使TXD輸出線維持在“1”狀態(tài)下，并將串行控制寄存器SCON的TI位置“1”，通知CPU可以接著發(fā)送下一個字符。
　　（二）軟件系統(tǒng)。轎車空調(diào)智能溫控系統(tǒng)的工作模式分為“正常運行模式”、“軟關機模式”、“手動控制模式”和“自動控制模式”。系統(tǒng)上電時，軟件進人上電自檢狀態(tài)，這時系統(tǒng)會首先從監(jiān)控芯片x25045讀入上次斷電前存人EEPROM的系統(tǒng)狀態(tài)信息，初始化各個中斷并恢復空調(diào)控制器到上次關機前狀態(tài)。經(jīng)過上電初始化，智能溫控系統(tǒng)會恢復到上次關機前的“正常運行模式”。此時，通過溫度調(diào)節(jié)按鍵可以設定需要的溫度值，溫度傳感器定時檢測車廂溫度，顯示器顯示溫度設定值和溫度測量值，混合風門的開度會根據(jù)溫差和溫差變化自動調(diào)節(jié)，溫控系統(tǒng)能夠與PC機通過串口通訊交換數(shù)據(jù)。按一下“ON／OFF”鍵，可使溫控系統(tǒng)進入“軟關機模式”。此時，系統(tǒng)不能再進行溫度檢測、溫度設定和串行通訊，顯示器熄滅，混合風門步進電機停止運轉。