烘烤箱温度测控系统的设计课件

《烘烤箱温度测控系统的设计课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《烘烤箱温度测控系统的设计课件（63页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、烘烤箱温度测控系统的设计烘烤箱温度测控系统的设计 1:系统总体方案设计系统总体方案设计红外测温红外测温热电阻测温热电阻测温热电偶测温热电偶测温通过比较和分析几种常见的测温系统方案，通过比较和分析几种常见的测温系统方案，并选择一种作为本系统的执行方案并选择一种作为本系统的执行方案典型温度测量系统方案典型温度测量系统方案1:系统总体方案设计系统总体方案设计本方案选择本方案选择AtmelAtmel公司的公司的AT89C51AT89C51单片机作为下位机的控制单片机作为下位机的控制器。器。 温度传感器温度传感器选择热电偶。输出信号是缓变微弱的低频选择热电偶。输出信号是缓变微弱的低频信号，需要进行放大和

2、滤除高频干扰，因此需要进行信号信号，需要进行放大和滤除高频干扰，因此需要进行信号调理。调理。 信号调理电路信号调理电路包括：放大和滤波两部分。放大部分包括：放大和滤波两部分。放大部分采用三运放构成仪用放大器；滤波部分采用阻容低通滤波采用三运放构成仪用放大器；滤波部分采用阻容低通滤波电路。信号经过调理之后，需要将模拟信号转换为数字信电路。信号经过调理之后，需要将模拟信号转换为数字信号，在本系统中号，在本系统中ADC0809ADC0809芯片，芯片， ADC0809ADC0809是采样分辨率为是采样分辨率为8 8位的、以逐次逼近原理进行模位的、以逐次逼近原理进行模数转换的器件。数转换的器件。 数据

3、显示部分选用数据显示部分选用LCDLCD液晶显示器来实现。利用该模块，液晶显示器来实现。利用该模块，可以现场实时显示温度值。可以现场实时显示温度值。 温度测量对象是武汉理工大学自动化学院传感与检温度测量对象是武汉理工大学自动化学院传感与检测实验室的电烤箱，加热温度范围是测实验室的电烤箱，加热温度范围是0 0255255温度测量系统总体方案设计温度测量系统总体方案设计 单片机与上位机的通信方式采用串口单片机与上位机的通信方式采用串口RS-232CRS-232C协议，通协议，通过电平转换芯片过电平转换芯片MAX232CMAX232C实现全双工串口通信。将采集的温实现全双工串口通信。将采集的温度值，

4、通过串口送到上位机，通过度值，通过串口送到上位机，通过LabviewLabview软件设计的操作软件设计的操作界面实现数据的可视化、报警处理、存储等功能。界面实现数据的可视化、报警处理、存储等功能。 温度控制电路主要由光电耦合器温度控制电路主要由光电耦合器MOC3041MOC3041和双向可控硅和双向可控硅BTA12BTA12组成。采用脉宽调制输出控制烘烤箱与电源的接通和断开比例，组成。采用脉宽调制输出控制烘烤箱与电源的接通和断开比例，以通断控制调压法控制烘烤箱的输入功率。以通断控制调压法控制烘烤箱的输入功率。 当在现场操作时，可采用键盘选择本地操作模式。键盘选当在现场操作时，可采用键盘选择本

5、地操作模式。键盘选用用 矩阵式键盘，并选用周立功的矩阵式键盘，并选用周立功的ZLG7290ZLG7290芯片来实现键盘驱动和芯片来实现键盘驱动和实现与单片机总线通信。实现与单片机总线通信。显示屏A/D单片机键 盘DS18B20热电偶2:2:温度测量系统的硬件设计框图温度测量系统的硬件设计框图热电偶热电偶信号调理信号调理电路电路DS18B20温度测量系统硬件电路温度测量系统硬件电路AD转换转换单片机单片机LCD显示显示键盘键盘串口通信串口通信 2.1 2.1 系统的设计方框图系统的设计方框图 系统的设计方框图系统的设计方框图实验室实验室电烤箱电烤箱热电偶测热电偶测量电路量电路模拟信号模拟信号调理

6、电路调理电路ADC0809ADC0809AT89C51AT89C51DAC0832DAC0832控制电路控制电路LEDLED显示显示按键按键输入输入上位机上位机2.2 系统工作原理系统工作原理 本系统由热电偶、本系统由热电偶、AT89C51AT89C51单片机及其最小系统模单片机及其最小系统模块、模拟信号调理电路、块、模拟信号调理电路、A/DA/D转换模块、转换模块、 D/AD/A转换模块、转换模块、键盘模块、键盘模块、LCDLCD液晶显示、液晶显示、RS-232CRS-232C串口通信等部分组成，串口通信等部分组成，可以实现对温度的实时测量和显示，具有结构简单、测量可以实现对温度的实时测量和

7、显示，具有结构简单、测量精度高等优点。精度高等优点。 系统工作时，由铂热电阻测量烘烤箱温度，所得模拟信系统工作时，由铂热电阻测量烘烤箱温度，所得模拟信号经过调理电路放大滤波后，传给号经过调理电路放大滤波后，传给ADC0809ADC0809，经过模，经过模- -数转换数转换变为数字信号输入变为数字信号输入AT89C51AT89C51单片机芯片，由此芯片进行处理，单片机芯片，由此芯片进行处理，由由LCDLCD液晶显示模块显示。芯片还与按键相连接。当需要动液晶显示模块显示。芯片还与按键相连接。当需要动作时，由按键输入信息或者上位机直接输入信息，再由芯片作时，由按键输入信息或者上位机直接输入信息，再由

8、芯片发出控制信号。此信号经发出控制信号。此信号经DAC0832DAC0832数数- -模转换，经控制电路作模转换，经控制电路作用于对象烘烤箱用于对象烘烤箱3.3.烘烤箱的对象特性分析烘烤箱的对象特性分析 被控对象为电烤箱，将电烤箱箱内的温度作为唯一变被控对象为电烤箱，将电烤箱箱内的温度作为唯一变量。通过机理法建模，我们可以知道电烤箱为纯滞后的一量。通过机理法建模，我们可以知道电烤箱为纯滞后的一阶对象，而且可以求得被控对象的传递函数的形式为：阶对象，而且可以求得被控对象的传递函数的形式为： seTSKSG1)(K K: :对象放大系数；对象放大系数；T T: :对象时间常数；对象时间常数；: :

9、对象纯滞后。对象纯滞后。被控对象的机理法建模被控对象的机理法建模时间时间(s)(s)0 0151530304545606075759090100100120120135135145145温度温度()()31313232333334343737393943434545525257576060时间时间(s)(s)150150155155160160165165175175180180190190195195205205220220温度温度()()6161626264646868707072727373757577778080下表是通过实验得到的电烤箱温度数据下表是通过实验得到的电烤箱温度数据 图2

10、 电烤箱温度数据的仿真 根据图根据图2 2和前面介绍的各参数求和前面介绍的各参数求解方法求得解方法求得 =60s=60s， t t0.6320.632 =160s=160s，T T= = t t0.6320.632 - - =100s=100s8 . 010080)()(TyuyK电烤箱的传递函数为：电烤箱的传递函数为：sessG6011008 . 0)(实验法建模实验法建模4 4：传感器的选型及工：传感器的选型及工作原理作原理热电阻热电阻测温测温缺点缺点需要电源来激励需要电源来激励不能够瞬时测量温度的变化不能够瞬时测量温度的变化 优点优点测量精度高测量精度高, ,性能稳定性能稳定最常用在中低

11、温测量最常用在中低温测量4:4:传感器的选型及工作传感器的选型及工作原理原理红外红外测温测温缺点缺点环境对系统性能指标影响较大环境对系统性能指标影响较大 价格高，不能测量内部温度价格高，不能测量内部温度优点优点非接触测量非接触测量不破坏被测温度场的均衡不破坏被测温度场的均衡4:4:传感器的选型及工作传感器的选型及工作原理原理热电偶热电偶测温测温缺点缺点长期使用中，容易受到腐蚀长期使用中，容易受到腐蚀 需要进行冷端温度补偿需要进行冷端温度补偿优点优点测量精度高，测温范围广测量精度高，测温范围广构造简单，使用方便构造简单，使用方便4.1 4.1 热电阻工作原理热电阻工作原理 在工业中应用最广的铂和

12、铜，并已制作成标准测温热电在工业中应用最广的铂和铜，并已制作成标准测温热电阻。阻。 铂电阻与温度之间的关系接近于线性，在铂电阻与温度之间的关系接近于线性，在0 0630.74630.74范围内可用下式表示范围内可用下式表示RtRtR0(1+At+Bt2)R0(1+At+Bt2)，在，在-190-19000范围范围内为内为RtRtR0(1+At+Bt2R0(1+At+Bt2十十Ct3)Ct3)式中，式中，RORO、RtRt为温度为温度0 0及及t t时铂电阻的电阻值，时铂电阻的电阻值，t t为任意温度，为任意温度，A A、B B、C C为温度系数，由为温度系数，由实验确定，实验确定，A A3.9

13、6843.968410-3/10-3/，B B-5.847-5.84710-710-72 2，C C-4.22-4.2210-l2/310-l2/3。由公式得出，当。由公式得出，当R0R0值不同时，在同值不同时，在同样温度下，其样温度下，其RtRt值也不同。值也不同。 导体的电阻值随温度变化而改变，通过测量其阻值推算出导体的电阻值随温度变化而改变，通过测量其阻值推算出被测物体的温度，利用此原理构成的传感器就是电阻温度传感被测物体的温度，利用此原理构成的传感器就是电阻温度传感器。这种传感器主要用于器。这种传感器主要用于-200500-200500温度范围内的温度测量。温度范围内的温度测量。 铜电

14、阻在测温精度要求不高，且测温范围比较小铜电阻在测温精度要求不高，且测温范围比较小的情况下，可采用铜电阻做成热电阻材料代替铂电阻。的情况下，可采用铜电阻做成热电阻材料代替铂电阻。在在-50-50150150的温度范围内，铜电阻与温度成线性关系，的温度范围内，铜电阻与温度成线性关系，其电阻与温度关系的表达式为其电阻与温度关系的表达式为RtRtR0(1+At)R0(1+At)式中，式中，A A4.254.2510-310-34.284.2810-310-3为铜电阻的温度系数。为铜电阻的温度系数。4.2 4.2 热电偶的工作原理热电偶的工作原理热电偶热电偶 工作原理工作原理 ：两种不同成份的导体（称为

15、热电偶丝材：两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶冷端与显

16、示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。所产生的热电势。 种类：目前，国际电工委员会（种类：目前，国际电工委员会（IECIEC）推选了）推选了8 8种类型的热电种类型的热电偶作为标准化热电偶，即为偶作为标准化热电偶，即为T T型、型、E E型、型、J J型、型、K K型、型、N N型、型、B B型、型、R R型和型和S S型。型。5.5.模拟信号调理电路设计模拟信号调理电路设计放大电路放大电路滤波电路滤波电路信号调理信号调理电路电路5.1 5.1 放大电路放大电路热电偶信号的放大单元由低温漂、低偏置电流、高共热电偶信号的放大单元由低温漂、低偏置电流、高共模抑制比、低噪的精密仪

17、用放大器模抑制比、低噪的精密仪用放大器AD620AD620为核心，加上为核心，加上激励电源电路、零位调整电阻、增益调整电阻、输出激励电源电路、零位调整电阻、增益调整电阻、输出限幅保护电路等组成。限幅保护电路等组成。 12345678U12AD620AN (8)R60522kR60722kC61110uF/25VC60710uF/25VW602500R6091KC6091uFVCC+12VVCC-12VSENSOR+SENSOR-VO5.2 5.2 滤波电路滤波电路滤波电路是信号调理电路的第二级滤波电路是信号调理电路的第二级主要作用是：对放大之后的热电偶信号进行滤波。主要作用是：对放大之后的热电

18、偶信号进行滤波。热电偶信号变化非常缓慢，在本系统中采用热电偶信号变化非常缓慢，在本系统中采用二阶有源二阶有源低通滤波低通滤波来滤除信号中的高频干扰。来滤除信号中的高频干扰。 R61010KR61110KW60310KVCC-12VVCC+12V3261874U13OP-07C6062uFC6051uFC61510uF/25VC616ELECTRO2R6141kVOVO滤波电路2O222i( )1( )( 1212)( 12)212nnnV sV sRRCCsRRCsss 滤波系统的传递函数为滤波系统的传递函数为 122122nRRRRC211212nRRCC由式由式1 1，可得式，可得式2 2

19、和式和式3 3：令令R1=R2=10KR1=R2=10K，由式，由式2 2和式和式3 3可求得：可求得： C1=1.408uF (C1=1.408uF (实际中取实际中取4.7uF)4.7uF) C2=0.707uF ( C2=0.707uF (实际中取实际中取1uF)1uF)将参数代入式将参数代入式1 1，7.5cpfHz得到实际的转折频率：得到实际的转折频率：2O222i( )1( )( 1212)( 12)212nnnVsV sRRCCsRRCsss 5.3 AD5.3 ADC C系统将热电偶检测到模拟信号送入系统将热电偶检测到模拟信号送入A/DA/D转换器转换为数转换器转换为数字量信号

20、，再送入单片机中。字量信号，再送入单片机中。本系统选择本系统选择MAXIMMAXIM公司的多量程、公司的多量程、8 8通道的通道的1212位并行位并行A/DA/D转换器转换器MAX197MAX197MAX197MAX197是是并行总线并行总线A/DA/D芯片，采用芯片，采用逐次逼近逐次逼近工作方式，工作方式，内部的输入跟踪内部的输入跟踪/ /保持电路把模拟信号转换为保持电路把模拟信号转换为1212位数字位数字量量输出输出 。ADC电路电路CLK1CS2WR3RD4HBEN5SHDN6D77D68D59D410D3/D1111D1/D913D0/D814AGND15CH016CH117CH218

21、CH319CH420CH521CH622CH723INT24REFADJ25REF26VDD27DGND28D2/D1012U10MAX197C32100pFAGNDC200.1uF+C334.7uF+C344.7uFC210.01uFSIG_INAGNDVCC5.0VAGNDWRRDD0D1D2D3D4D5D6D7VCC5.0VAD_CSAD_INTR945KTEST1GND3VOUT2U14LT1634_25VCC5.0V图4-12 DS18B20管脚排列图数字温度传感器数字温度传感器DS18B20DS18B20是美国是美国DALLASDALLAS半导体公司生产的。半导体公司生产的。它具备

22、它具备DALLASDALLAS公司特有的专利公司特有的专利单总线技术，即与微控单总线技术，即与微控制器的接口只占用一个制器的接口只占用一个I/OI/O端口，无须任何外部元件，在端口，无须任何外部元件，在单总线可同时挂接最多达单总线可同时挂接最多达248248片片DS18XXXDS18XXX系列测温芯片，系列测温芯片，实际应用中受驱动能力限制一般可以挂接实际应用中受驱动能力限制一般可以挂接1616片。片。DS18B20DS18B20封装方式及管脚如图封装方式及管脚如图4-124-12所示。所示。5.4 DS18B20DS18B20DS18B20的测温精度是可编程的，可以设置为的测温精度是可编程的

23、，可以设置为9 9、1010、1111、1212位精度，但是转换时间随精度增加而增加，最大分辨率为位精度，但是转换时间随精度增加而增加，最大分辨率为0.06250.0625度。测温范围为度。测温范围为:-55:-55125125。最大温度转换时。最大温度转换时间间:9:9、1010、1111、1212位分别为位分别为93.75ms93.75ms，187.5ms187.5ms，375ms375ms，750ms750ms。本温度测量系统选用了。本温度测量系统选用了TO-92TO-92封装的封装的DS18B20DS18B20。 DS18B20 DS18B20都可以设置成两种供电方式，即数据总线供电方

24、都可以设置成两种供电方式，即数据总线供电方式和外部供电方式。采取数据总线供电方式可以节省一根导式和外部供电方式。采取数据总线供电方式可以节省一根导线，但完成温度测量的时间较长；采取外部供电方式则多用线，但完成温度测量的时间较长；采取外部供电方式则多用一根导线，但测量速度较快。在本系统中，由于一根导线，但测量速度较快。在本系统中，由于I/OI/O口满足口满足系统需求，同时为提高温度转换速度，所以系统需求，同时为提高温度转换速度，所以DS18B20DS18B20采用外采用外部供电方式。部供电方式。MCUP1.0DS18B20GNDVDD+3V+5.5VMCUP1.0DS18B20GNDVDD+3V

25、+5.5V4.7K4.7K外接电源+3V+5.5V 工作于工作于寄生电源方式寄生电源方式时，时，VDDVDD和和GNDGND均接地，它在需要远程均接地，它在需要远程温度探测和空间受限的场合特别有用，原理是当温度探测和空间受限的场合特别有用，原理是当1-Wire1-Wire总线总线的信号线的信号线DQDQ为高电平时，窃取信号能量给为高电平时，窃取信号能量给DS18B20DS18B20供电，同时供电，同时一部分能量给内部电容充电，当一部分能量给内部电容充电，当DQDQ为低电平时释放能量为为低电平时释放能量为DS18B20DS18B20供电。但寄生电源方式需要强上拉电路，软件控制变供电。但寄生电源方

26、式需要强上拉电路，软件控制变得复杂得复杂( (特别是在完成温度转换和拷贝数据到特别是在完成温度转换和拷贝数据到E2PROME2PROM时时) )，同，同时芯片的性能也有所降低。因此，在条件允许的场合，尽量时芯片的性能也有所降低。因此，在条件允许的场合，尽量采用外供电方式。采用外供电方式。5.4 DS18B205.4 DS18B20利用一片利用一片DS18B20DS18B20单线式单线式数字温度传感器数字温度传感器测量热电偶冷端测量热电偶冷端温度，利用软件即可实现对不同型号热电偶的冷端温度温度，利用软件即可实现对不同型号热电偶的冷端温度补偿，这种方法补偿准确度高，所需补偿电路简单补偿，这种方法补

27、偿准确度高，所需补偿电路简单 。6.6.单片机及外围电路单片机及外围电路本设计选用了本设计选用了AtmelAtmel的的8 8位单片机位单片机AT89S52AT89S52作为本系统作为本系统下位机的控制器，下位机的控制器， AT89S52AT89S52一种低功耗、高性能一种低功耗、高性能CMOSCMOS的的8 8位微控制器。位微控制器。 u8K8K字节在系统可编程字节在系统可编程FlashFlash存储器存储器 u与与MCS-51MCS-51单片机产品兼容单片机产品兼容 AT89S52AT89S52的主要特性：的主要特性： u三个三个1616位定时器位定时器/ /计数器计数器 6.1 6.1

28、看门狗电路看门狗电路为了提高单片机系统的可靠性，采用专门的为了提高单片机系统的可靠性，采用专门的看门狗看门狗芯芯片片MAX813LMAX813L。 D0D1D2D3D4D5D6D7RDWRW112MHZCW130pFCW230pF10KR102VCC5.0VRXDTXDC3110uFVCC5.0VINT0P13P14MR1VCC2GND3PFI4PFO5WDI6RESET7WDO8C22MAX813LVCC5.0VD1DIODEWatchDogWatchDogAD_INTP17_LCD12JP2RESETP35R991KVCC5.0VDQAD_CSEA/VP31XTAL119XTAL218RE

29、SET9P37/RD17P36/WR16P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P101P112P123P134P145P15/MOSI6P16/MISO7P17/SCK8P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P20/A821P21/A922P22/A1023P23/A1124P24/A1225P25/A1326P26/A1427P27/A1528PSEN29ALE/PROG30P31/TXD11P30/RXD10Vcc40GND20AT89S52AT89S528051MAX813LMAX813L在单片机系统中的典型应用

30、线路图。此电路可以在单片机系统中的典型应用线路图。此电路可以实现上电、瞬时掉电以及程序运行出现实现上电、瞬时掉电以及程序运行出现“死机死机”时的自动时的自动复位和随时的手动复位；并且可以实时地复位和随时的手动复位；并且可以实时地* *电源故障，以电源故障，以便及时地保存数据。便及时地保存数据。1- 手动复位输入端手动复位输入端2-工作电源端（工作电源端（VCC）：接）：接+5V电源。电源。3-电源接地端（电源接地端（GND）：接）：接0 V参考电平。参考电平。4-电源故障输入端（电源故障输入端（PFI)5-电源故障输出端电源故障输出端6-看门狗信号输入看门狗信号输入7-复位信号输出端（复位信号

31、输出端（RST）上电时，自动产生上电时，自动产生200 ms的的复位脉冲；手动复位端输入低电复位脉冲；手动复位端输入低电平时，该端也产生复位信号输出。平时，该端也产生复位信号输出。8-看门狗信号输出端看门狗信号输出端看门狗的基本工作原理看门狗的基本工作原理 工业环境中的干扰大多是以窄脉冲的形式出现，而最工业环境中的干扰大多是以窄脉冲的形式出现，而最终造成微机系统故障的多数现象为终造成微机系统故障的多数现象为“死机死机”。究其原因是。究其原因是CPUCPU在执行某条指令时，受干扰的冲击，使它的操作码或地在执行某条指令时，受干扰的冲击，使它的操作码或地址码发生改变，致使该条指令出错。这时，址码发生

32、改变，致使该条指令出错。这时，CPUCPU执行随机拼执行随机拼写的指令，甚至将操作数作为操作码执行，导致程序写的指令，甚至将操作数作为操作码执行，导致程序“跑跑飞飞”或进入或进入“死循环死循环”。为使这种。为使这种“跑飞跑飞”或进入或进入“死循死循环环”的程序自动恢复，重新正常工作，一种有效的办法是的程序自动恢复，重新正常工作，一种有效的办法是采用硬件采用硬件“看门狗看门狗”技术。用看门狗程序的运行。若程序技术。用看门狗程序的运行。若程序发生发生“死机死机”，则看门狗产生复位信号，引导单片机程序，则看门狗产生复位信号，引导单片机程序重新进入正常运行。重新进入正常运行。 本电路巧妙地利用了本电路

33、巧妙地利用了MAX813LMAX813L的手动复位输入端。的手动复位输入端。只要程序一旦跑飞引起程序只要程序一旦跑飞引起程序“死机死机”，端电平由高到，端电平由高到低，当变低超过低，当变低超过140 ms140 ms，将引起，将引起MAX813LMAX813L产生一个产生一个200 200 msms的复位脉冲。同时使看门狗定时器清的复位脉冲。同时使看门狗定时器清0 0和使引脚变成和使引脚变成高电平。也可以随时使用手动复位按钮使高电平。也可以随时使用手动复位按钮使MAX813LMAX813L产生产生复位脉冲，由于为产生复位脉冲端要求低电平至少保复位脉冲，由于为产生复位脉冲端要求低电平至少保持持1

34、40ms140ms以上，故可以有效地消除开关抖动。以上，故可以有效地消除开关抖动。该电路可以实时地电源故障（掉电、电压降低等）。图该电路可以实时地电源故障（掉电、电压降低等）。图R1R1的的一端接未经稳压的直流电源。电源正常时，确保一端接未经稳压的直流电源。电源正常时，确保R2R2上的电压上的电压高于高于1 126 V26 V，即保证，即保证MAX813LMAX813L的的PFIPFI输入端电平高于输入端电平高于1.26 V1.26 V。当电源发生故障，当电源发生故障，PFIPFI输入端的电平低于输入端的电平低于1 125 V25 V时，电源故时，电源故障输出端电平由高变低，引起单片机中断，障

35、输出端电平由高变低，引起单片机中断，CPUCPU响应中断，响应中断，执行相应的中断服务程序，保护数据，断开外部用电电路等。执行相应的中断服务程序，保护数据，断开外部用电电路等。6.2 LCD6.2 LCD显示显示 为方便实时观察热电偶冷端温度变化和热电偶测量环为方便实时观察热电偶冷端温度变化和热电偶测量环境温度值的大小，选用境温度值的大小，选用LCDLCD液晶显示器来实现显示功能。液晶显示器来实现显示功能。 在实际使用中选用金鹏电子的在实际使用中选用金鹏电子的LCD12232LCD12232液晶显示模块液晶显示模块作测量结果输出部分。作测量结果输出部分。 u内置汉字库内置汉字库u可完成图形显示

36、可完成图形显示u可以显示可以显示7.57.52 2个个(16(161616点阵点阵) )汉字汉字 LCD12232电路电路VSS1VCC2VEE3R S4R /W5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714B L+15B L-16U112 232 LC DD0D1D2D3D4D5D6D7VCC -12VVCC 5.0VC 10.1u FVCC 5.0VR 120 KVCC 5.0VP1 7_LCDR 10010 K12D7LED6.3 6.3 人机接口人机接口-键盘键盘 为节约控制芯片的为节约控制芯片的I/OI/O口资源，以口资源，以I2CI2C总线总线替代

37、并行替代并行总线设计矩阵键盘扫描电路。总线设计矩阵键盘扫描电路。 输入键盘采用输入键盘采用4 44 4矩阵键盘，矩阵键盘，4 4条行数据线和条行数据线和4 4条列数据线条列数据线考虑到考虑到I2CI2C总线通信方式，选择周立功公司的总线通信方式，选择周立功公司的ZLG7290ZLG7290芯片芯片作为键盘硬件接口作为键盘硬件接口 ZLG7290ZLG7290具有如下基本功能具有如下基本功能 ：u键盘去抖动处理键盘去抖动处理 u双键互锁处理双键互锁处理 u连击键处理连击键处理 ZLG7290电路电路VCC5.0VR2910kR2810kR2710kR2610kGND11INT14SCL19SDA

38、20Dig06Dig15Dig24Dig33Dig422Dig521Dig612Dig713SegA23SegB24SegC1SegD2SegE7SegF8SegG9SegH10VCC16OSC218OSC117RES15R8ZLG7290C1822PC1922PY14MHZINT0R710kR610kVCC5.0VP13P14VCC5.0V12345678JP1KEYR80247KVCC5.0VC802100nf6.4 6.4 串口通信串口通信单片机将经过处理的数字信号通过单片机将经过处理的数字信号通过全双工串行通信方全双工串行通信方式式送至上位机。送至上位机。选用选用MAX232MAX23

39、2作为串口通信作为串口通信电平转换电平转换芯片，该芯片是由芯片，该芯片是由MAXIMMAXIM公司推出的一款公司推出的一款RS232RS232标准的芯片。标准的芯片。 MAX232电路电路7.7.下位机软件设计下位机软件设计下位机下位机软件设计软件设计上位机上位机软件设计软件设计串口通信串口通信单片机为单片机为核心核心Keil c51LabVIEW软件设计软件设计Keil C51Keil C51是美国是美国Keil SoftwareKeil Software公司出品的公司出品的5151系列兼容单系列兼容单片机片机C C语言软件开发系统，语言软件开发系统，Vision2 IDE Vision2

40、IDE 是是Keil C51Keil C51基基于于WindowsWindows的开发平台，是用户开发和调试单片机的开发平台，是用户开发和调试单片机C C语言语言源代码的最理想的工具之一。其内嵌多种符合当前工业源代码的最理想的工具之一。其内嵌多种符合当前工业标准的开发工具，可以完成从工程建立到管理、编译、标准的开发工具，可以完成从工程建立到管理、编译、链接、目标代码的生成、软件仿真、硬件仿真等完整的链接、目标代码的生成、软件仿真、硬件仿真等完整的开发流程，尤其是开发流程，尤其是C C编译工具在产生代码的准确性和效率编译工具在产生代码的准确性和效率方面达到了较高的水平，而且可以附加灵活的控制选项

41、，方面达到了较高的水平，而且可以附加灵活的控制选项，在开发大型项目时非常理想。在开发大型项目时非常理想。 Keil C51Keil C51集成开发环境简介集成开发环境简介 （1 1）Vision2 for WindowsVision2 for Windows：是一个集成开发环境，它将项目管：是一个集成开发环境，它将项目管理、源代码编辑和程序调试等组合在一个功能强大的环境中；理、源代码编辑和程序调试等组合在一个功能强大的环境中； （2 2） C51C51国际际准化国际际准化C C交叉编译器交叉编译器：从：从C C源代码产生可重定位源代码产生可重定位的目标模块；的目标模块； （3 3）A51A51

42、宏汇编器宏汇编器：从：从80C5180C51汇编源代码产生可重定位的目标汇编源代码产生可重定位的目标模块；模块； （4 4） BL51BL51链接器链接器/ /定位器定位器：组合由：组合由C51C51和和A51A51产生的可重定位产生的可重定位的目标模块，生成绝对目标模块；的目标模块，生成绝对目标模块； （5 5） LIB51LIB51库管理器库管理器：从目标模块生成连接器可以使用的库：从目标模块生成连接器可以使用的库文件；文件； （6 6）OH51OH51目标文件至目标文件至HEXHEX格式的转换器格式的转换器，从绝对目标模块生成，从绝对目标模块生成Intel HexIntel Hex文件；

43、文件； （7 7）RTX-51RTX-51实时操作系统实时操作系统：简化了复杂的实时应用软件项目：简化了复杂的实时应用软件项目的设计。的设计。Keil C51集成开发环境的主要功能有以下几点：集成开发环境的主要功能有以下几点：软件设计软件设计下位机下位机 基于基于Keil C51Keil C51的开发环境用的开发环境用C C语言编程对温度测量系语言编程对温度测量系统的软件进行了设计。统的软件进行了设计。 本系统的软件采用本系统的软件采用模块化模块化的设计思想，将数字控制单的设计思想，将数字控制单元中需要的一系列功能编成相应的子程序，供主程序调用。元中需要的一系列功能编成相应的子程序，供主程序调

44、用。 主程序首先对系统进行主程序首先对系统进行初始化初始化，包括地址和数据以，包括地址和数据以及系统变量的初始化。而后进入及系统变量的初始化。而后进入键盘处理子程序键盘处理子程序。采用。采用中断中断的方式查询功能按键的状态，并调用的方式查询功能按键的状态，并调用显示子程序显示子程序，实时温度值，并将数据采用串口送至上位机。实时温度值，并将数据采用串口送至上位机。 下位机程序原理框图下位机程序原理框图 地址数据及系统变量初始化键盘输入工作模式数据采集本地显示温度值串口通信程序本地显示送上位机传输结束否？否是开始结束见附件文档见附件文档8.8.软件设计软件设计上位机上位机 上位机的主控程序采用上位

45、机的主控程序采用模块化模块化的设计方法，将系统划的设计方法，将系统划分成几个相互独立的功能模块，各模块内部分别完成确定分成几个相互独立的功能模块，各模块内部分别完成确定的任务，模块之间相对独立而又通过系统的框架协议相互的任务，模块之间相对独立而又通过系统的框架协议相互联系。联系。 为了使各模块之间按照系统的框架协议协调动作和相为了使各模块之间按照系统的框架协议协调动作和相互通信，以及实现互通信，以及实现人机交互人机交互，设计了提供用户接口的主控，设计了提供用户接口的主控程序程序 8.1 基于基于LabVIEW的温度测控仪表设计的温度测控仪表设计8.2 LabVIEW串行通讯模块串行通讯模块 n

46、上图为串行通讯模块程序框图，其中串行通信的主要参数上图为串行通讯模块程序框图，其中串行通信的主要参数设置如下：串口号设置如下：串口号COM1COM1，波特率为，波特率为9600bit/s9600bit/s，数据位为，数据位为8 8，校验位为校验位为nonenone。如果初始化没有问题，就可以使用这个串。如果初始化没有问题，就可以使用这个串口进行数据收发。发送数据使用口进行数据收发。发送数据使用VISA WriteVISA Write，接收数据使，接收数据使用用VISA ReadVISA Read。 串行通讯模块程序框图8.3 8.3 信号分析处理模块信号分析处理模块 n信号处理是指对信号进行某

47、种加工变换或运算，来获取信信号处理是指对信号进行某种加工变换或运算，来获取信息或变换为人们希望的另一类信号形式。在测试领域中，息或变换为人们希望的另一类信号形式。在测试领域中，信号处理主要指滤波，即把信号中有效信号提取出来，抑信号处理主要指滤波，即把信号中有效信号提取出来，抑制干扰或噪声的一种处理。由于本系统不用考虑温度信号制干扰或噪声的一种处理。由于本系统不用考虑温度信号的相频特性，并且要求滤波器在通带内没有波纹，巴特沃的相频特性，并且要求滤波器在通带内没有波纹，巴特沃斯滤波器具有最大平坦幅度特性，故采用巴特沃斯滤波器斯滤波器具有最大平坦幅度特性，故采用巴特沃斯滤波器滤波器。本系统数字滤波器

48、模块的框图程序下图所示。滤波器。本系统数字滤波器模块的框图程序下图所示。数字滤波程序框图n下图为下图为LabVIEWLabVIEW中实现二阶低通数字滤波仿真的的前面板中实现二阶低通数字滤波仿真的的前面板 LabVIEWLabVIEW中数字滤波的实现中数字滤波的实现8.4 8.4 越限报警模块越限报警模块n当温度超过了环境或系统所允许的最大最小值时，程序应当温度超过了环境或系统所允许的最大最小值时，程序应能实现声光报警，这也是控制系统中所必需的一部分。为能实现声光报警，这也是控制系统中所必需的一部分。为此设置了越限报警模块。其工作原理很简单：通过对所测此设置了越限报警模块。其工作原理很简单：通过

49、对所测量的实时温度和所设置的温度上下限的比较，产生一个量的实时温度和所设置的温度上下限的比较，产生一个TrueTrue或者或者FalseFalse信号来驱动报警灯以及产生报警声。信号来驱动报警灯以及产生报警声。 8.5 8.5 统计直方图显示模块统计直方图显示模块 n首先通过首先通过ADO Connection Create.viADO Connection Create.vi与与ADOADO建立连接，然后建立连接，然后通过通过ADO Connection Open.viADO Connection Open.vi打开数据源，数据源由字符串打开数据源，数据源由字符串“dsn=dsn_tmp”

50、dsn=dsn_tmp” 指定。接着打开数据源，通过指定。接着打开数据源，通过SQL SQL Execute.viExecute.vi执行执行SQLSQL语句语句“select select 实际温度实际温度 from tmpfrom tmp；”，实际温度从数据库的实际温度从数据库的tmptmp表中读出，然后将数据经过相应的表中读出，然后将数据经过相应的运算传给创建直方图控件，最后传给波形图控件。运算传给创建直方图控件，最后传给波形图控件。 8.6 8.6 数据存储模块数据存储模块n数据存储模块主要数据存储模块主要是将测得的温度数是将测得的温度数据、测量时间，以据、测量时间，以及设定温度值、高

51、及设定温度值、高限值、低限值写入限值、低限值写入数据库中数据库中 数据存储模块程序框图n下图为通过本温度测控系统采集并存储到下图为通过本温度测控系统采集并存储到AccessAccess数据库中数据库中的温度数据。的温度数据。8.7 8.7 数据读取数据读取模块模块n数据读取模块主要是将时间、设定温度、实际温度、高限数据读取模块主要是将时间、设定温度、实际温度、高限值、低限值等数据从数据库中读出，供相关人员查看值、低限值等数据从数据库中读出，供相关人员查看 8.8 温度数据打印模块n数据打印模块程序框图如上图所示。首先通过数据打印模块程序框图如上图所示。首先通过ADO ADO Connectio

52、n Create.viConnection Create.vi与与ADOADO建立连接，然后通过建立连接，然后通过ADO ADO Connection Open.viConnection Open.vi打开数据源，数据源由打开数据源，数据源由dsn=dsn_tmpdsn=dsn_tmp指定。指定。打开数据源后，通过打开数据源后，通过SQL Execute.viSQL Execute.vi执行执行SQLSQL语句。从数据库语句。从数据库中读出所有数据，然后为这些数据加上对应的表头（时间、中读出所有数据，然后为这些数据加上对应的表头（时间、设定温度、实际温度、高限值、低限值），然后将数据传给设定温

53、度、实际温度、高限值、低限值），然后将数据传给打印控件进行打印。打印控件进行打印。8.9 LabVIEW8.9 LabVIEW中增量式中增量式PID PID 控制的实现控制的实现nLabVIEWLabVIEW提供了提供了MATLAB ScriptMATLAB Script节点，可以在节点，可以在MATLAB MATLAB ScriptScript节点中编辑节点中编辑MATLABMATLAB程序，并在程序，并在LabVIEWLabVIEW环境下运行，环境下运行，也可直接调入己经存在的也可直接调入己经存在的MATLABMATLAB程序。程序运行时将自动程序。程序运行时将自动调用调用MATLABMA

54、TLAB，所以要使用，所以要使用MATLAB ScriptMATLAB Script节点，系统中必节点，系统中必须装有须装有MATLAB5.0MATLAB5.0以上版本。以上版本。 采用MATLAB Script节点实现增量式PID控制器的程序nLabVIEWLabVIEW中实现增量式中实现增量式PIDPID控制仿真控制仿真 基于遗传算法的基于遗传算法的PIDPID控制器控制器 n虚拟仪器的主要开发平台虚拟仪器的主要开发平台LabVIEWLabVIEW是一个高效的图形化程是一个高效的图形化程序设计环境，结合序设计环境，结合G G编程语言，大大简化了过程控制和测编程语言，大大简化了过程控制和测试

55、软件的开发。试软件的开发。MATLABMATLAB是高性能的数值计算分析软件，为是高性能的数值计算分析软件，为遗传算法的设计和仿真提供了方便。本文通过应用遗传算法的设计和仿真提供了方便。本文通过应用MATLAB MATLAB ScriptScript节点在节点在LabVIEWLabVIEW中调用和操作中调用和操作MATLABMATLAB的方法，实现的方法，实现了基于遗传算法的了基于遗传算法的PIDPID控制器。控制器。 基于遗传算法的PID控制器在LabVIEW中的实现程序9. 9. 温度控制电路设计温度控制电路设计此部分电路主要由光电耦合器此部分电路主要由光电耦合器MOC3041MOC304

56、1和双向可控硅和双向可控硅BTA12BTA12组成。采用脉宽调制输出控制烘烤箱与电源的接通和断开组成。采用脉宽调制输出控制烘烤箱与电源的接通和断开比例，以通断控制调压法控制烘烤箱的输入功率。比例，以通断控制调压法控制烘烤箱的输入功率。MOC3041MOC3041光电耦合器的耐压值为光电耦合器的耐压值为400v400v，它的输出级由过零触发的双，它的输出级由过零触发的双向可控硅构成，它控制着主电路双向可控硅的导通和关闭。向可控硅构成，它控制着主电路双向可控硅的导通和关闭。100100电阻与电阻与0.01uF0.01uF电容组成双向可控硅保护电路。电容组成双向可控硅保护电路。 电路电路原理图如下图

57、所示原理图如下图所示，fNT NRnUPS2图5-10 控制电路原理图继电器控制电路原理图如图继电器控制电路原理图如图5-105-10所示，由于所示，由于AT89S52AT89S52单片机单片机I/OI/O端口的驱动端口的驱动能力只有十几能力只有十几mAmA，达不到固态继电器的驱动要求，故需增加一个三极管来，达不到固态继电器的驱动要求，故需增加一个三极管来提高驱动电流。该电路采用周波控制法，调节负载功率而达到调节温度的提高驱动电流。该电路采用周波控制法，调节负载功率而达到调节温度的目的。调功原理为：设电网连接目的。调功原理为：设电网连接N N 个完整的正弦波个完整的正弦波( (周期周期) )

58、为一个控制周为一个控制周期期T T ，则，则可见，只要控制在设定周期可见，只要控制在设定周期T T 内的周波数内的周波数n n，就可调节负载的功率。或，就可调节负载的功率。或者反过来说，可根据不同的功率要求，导算出者反过来说，可根据不同的功率要求，导算出n n，将，将n n 转换成时间，通过转换成时间，通过单片机的单片机的P2. 2P2. 2口来控制固态继电器的导通和截止，就可在设定的周期口来控制固态继电器的导通和截止，就可在设定的周期T T内内控制加载到电烤箱上的定额周期的正弦波，达到调控温度的目的。控制加载到电烤箱上的定额周期的正弦波，达到调控温度的目的。式中式中U 电网电压有效值；电网电压有效值；RS 负载有效电阻。负载有效电阻。