基于AT89S52的电烤箱温度控制系统.ppt

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1、9.2 应用系统设计实例单片机温度控制系统,9.2.1 技术指标 烘干箱的具体指标如下：(1)烘干箱由2 kW电炉加热，最高温度为500。(2)烘干箱温度可预置，烘干过程恒温控制，温度控制误差2。(3)预置时显示设定温度，烘干时显示实时温度，显示精确到1。(4)温度超出预置温度5时发声报警。(5)对升降温过程的线性没有要求。,9.2.2 控制方案 产品的工艺不同，控制温度的精度也不同，因而所采用的控制算法也不同。就温度控制系统的动态特性来讲，基本上都是具有纯滞后的一阶环节，当系统精度及温控的线性性能要求较高时，多采用PID算法或达林顿算法来实现温度控制。本系统是一个典型的闭环控制系统。从技术指

2、标可以看出，系统对控制精度的要求不高，对升降温过程的线性也没有要求，因此，系统采用最简单的通断控制方式，即当烘干箱温度达到设定值时断开加热电炉，当温度降到低于某值时接通电炉开始加热，从而保持恒温控制。,9.2.3 硬件设计 系统的硬件电路包括主机、温度检测、温度控制、人机对话（键盘/显示/报警）4个主要部分。图9.10为系统的结构框图，图9.11为系统的硬件电路原理图。下面对各部分电路分述如下。1)主机 由于系统控制方案简单，数据量也不大，因此选用8031作为控制系统的核心，外扩EPROM2764作为程序存储器。也可视具体情况换用8051、8052、8751、8752、80C51、89C51、

3、89C52等。其中，8051、8052、8751、8752的各个引脚输入/输出电平只与TTL电平兼容；89C51、89C52、80C51各引脚输入/输出电平既与TTL电平兼容，也与CMOS电平兼容。,图9.10 电烤箱控制系统结构框,图9.11 电烤箱控制系统硬件电路原理图,8031的晶振频率为6 MHz。2)温度检测 这部分包括温度传感器、变送器和A/D转换三部分。温度传感器和变送器的类型选择与被控温度的范围及精度等级有关。型号为WZB003，分度号为BA2的铂热电阻适用于0500的温度测量范围，可以满足本系统的要求。变送器将电阻信号转换成与温度成正比的电压，当温度在0500时变送器输出04

4、.9 V左右的电压。,A/D转换器件的选择主要取决于温度的控制精度。本系统要求温度控制误差2，采用8位A/D转换器，其最大量化误差为=，完全能够满足精度要求。这里我们采用ADC0809作为A/D转换器。电路设计好后，调整变送器的输出，使 0500的温度变化对应于04.9 V的输出，则A/D转换对应的数字量为00HFAH，即0250，则转换结果乘以2正好是温度值。用这种方法一方面可以减少标度转换的工作量，另一方面还可以避免标度转换带来的计算误差。,3)温度控制 电炉控制采用可控硅来实现，双向可控硅和电炉电阻丝串接在交流220 V市电回路中。单片机的P1.7口通过光电隔离器和驱动电路送到可控硅的控

5、制端，由P1.7口的高低电平来控制可控硅的导通与断开，从而控制电阻丝的通电加热时间。4)人机对话 这部分包括键盘、显示和报警三部分电路。本系统设有3位LED数码显示器，停止加热时显示设定温度，启动加热时显示当前烤箱温度。采用串行口扩展的静态显示电路作为显示接口电路。,为使系统简单紧凑，键盘只设置4个功能键，分别是启动、“百位+”、“十位+”和“个位+”键，由P1口低4位作为键盘接口。利用+1按键可以分别对预置温度的百位、十位和个位进行加1设置，并在LED上显示当前设置值。连续按动相应位的加1键即可实现0500的温度设置。报警功能由蜂鸣器实现。当由于意外因素导致烤箱温度高于设置温度时，P1.6口

6、送出的低电平经反向器驱动蜂鸣器鸣叫报警。5)其它可扩展电路 对于要求更高的系统，在现有电路的基础上，读者还可以视需要自行扩展以下接口电路：,(1)实时时钟电路：连接实时时钟芯片DS12887可以获得长的采样周期，显示年、月、日、时、分、秒，而其片内带有的114 B非易失性RAM，可用来存入需长期保存但有时也需变更的数据。如采样周期、PID控制算法的系数KP、KI、KD等。(2)“看门狗”电路：连接集成监控芯片MAX705可实现对主电源VCC的监控，提高系统的可靠性。由于本书附带的实验板已将P1口用排针引出，因此，读者可以方便地用实验板来实现上述系统。可在P1.6口外接蜂鸣器电路，在P1.7口外

7、接电炉驱动控制电路，P1.0P1.3口外接4个功能按键（启动、+100、+10、+1）。,9.2.4 软件设计 1.工作流程 烤箱在上电复位后先处于停止加热状态，这时可以用“+1”键设定预置温度，显示器显示预定温度；温度设定好后就可以按启动键启动系统工作了。温度检测系统不断定时检测当前温度，并送往显示器显示，达到预定值后停止加热并显示当前温度；当温度下降到下限（比预定值低2）时再启动加热。这样不断重复上述过程，使温度保持在预定温度范围之内。启动后不能再修改预置温度，必须按复位/停止键回到停止加热状态再重新设定预置温度。,2.功能模块 根据上面对工作流程的分析，系统软件可以分为以下几个功能模块：

8、(1)键盘管理：监测键盘输入，接收温度预置，启动系统工作。(2)显示：显示设置温度及当前温度。(3)温度检测及温度值变换：完成A/D转换及数字滤波。(4)温度控制：根据检测到的温度控制电炉工作。(5)报警：当预置温度或当前炉温越限时报警。,3.资源分配 为了便于阅读程序，首先给出单片机资源分配情况。数据存储器的分配与定义见表9.2。表9.2 温度控制软件数据存储器分配表,程序存储器：EPROM2764的地址范围为0000H1FFFH I/O口：P1.0P1.3键盘输入；P1.6、P1.7报警控制和电炉控制。A/D转换器0809：通道0通道7的地址为7FF8H7FFFH，使用通道0。4.功能软件

9、设计 1)键盘管理模块 上电或复位后系统处于键盘管理状态，其功能是监测键盘输入，接收温度预置和启动键。程序设有预置温度合法检测报警，当预置温度超过500时会报警并将温度设定在500。键盘管理子程序流程图如图9.12所示。,图9.12 键盘管理子程序流程图,键盘管理子程序KIN：KIN：ACAL CHK；预置温度合法性检测 MOV BT1，ST1 MOVBT0，ST0；预置温度送显示缓冲区 LCALLDISP；显示预置温度KIN0：ACALLKEY；读键值 JZKIN0；无键闭合和重新检测 ACALL DISP,ACALLDISP；二次调用显示子程序延时去抖 ACALLKEY；再检测有无键按下

10、JZKIN0；无键按下重新检测 JBACC.1，S10 MOVA，#100；百位键按下 AJMP SUMS10：JB ACC.2，S1 MOVA，#10；十位键按下 AJMPSUM,S1：JBACC.3，S0MOVA，#01；个位键按下 SUM：ADDA，ST0；预置温度按键+1MOVST0，AMOVA，#00H ADDCA，ST1MOVST1，AKIN1：ACALL KEY；判断闭合键释放 JNZKIN1；未释放继续判断 AJMPKIN；闭合键释放继续扫描键盘,S0：JNB ACC.0，KIN；无键按下重新扫描键盘 RET；启动键按下返回 KEY：MOVA，P1；读键值子程序 CPLA AN

11、LA，#0FH RET 预置温度合法性检测子程序CHK(用双字节减法比较预置温度是否大于500(01F4H)：,CHK：MOVA，#0F4H；预置温度上限低8位送ACLRCSUBBA，ST0；低8位减，借位送CYMOVA，#01H；预置温度上限高8位送ASUBBA，ST1；高8位带借位减JC OUTA；预置温度越界，转报警MOVA，#00H；预置温度合法标志RET,OUTA：MOVST1，#01H；将500写入预置温度数据区MOVST0，#0F4HCLRP1.6；发报警信号0.6 sACALLD0.6s SETBP1.6；停止报警RET,2)显示模块 显示子程序的功能是将显示缓冲区57H和58

12、H的二进制数据先转换成三个BCD码，分别存入百位、十位和个位显示缓冲区（54H、55H和56H单元），然后通过串口送出显示。显示子程序DISP：DISP：ACALL HTB；将显示数据转换为BCD码 MOV SCON，#00H；置串行口为方式0 MOV R2，#03H；显示位数送R2 MOV R0，#T100；显示缓冲区首地址送R0,LD：MOV DPTR，#TAB；指向字型码表首地址 MOV A，R0；取显示数据 MOVC A，A+DPTR；查表 MOVSBUF，A；字型码送串行口WAIT：JBC TI，NEXT；发送结束转下一个数据并清中断标志 SJMP WAIT；发送未完等待NEXT：I

13、NCR0；修改显示缓冲区指针 DJNZR2，LD；判3位显示完否，未完继续RET,TAB：；字型码表（略）BCD码转换子程序HTB：HTB：MOVA，BT0；取二进制显示数据低8位MOVB，#100；除100，确定百位数DIVABMOVT100，A；百位数送54H单元MOVA，#10；除10，确定十位,XCH A，B DIV A，B MOV T10，A；十位数送55H单元 MOVT，B；个位数送56H单元 MOVA，BT1；取二进制显示数据高8位 JNZ LH1；高位不为0转LH1继续高8位转换 RET；高位为0结束，返回LH1：MOVA，#06H；高位不为0，低位转换结果加256（因为温度数

14、据不会；大于500，所以高8位最多为01H，即256）,ADDA，T DAA；个位加6（十进制加）MOVT，A；结果送回个位 MOVA，#05H ADDCA，T10 DAA；十位加5（十进制加）,MOVT10，A；结果送回十位 MOVA，#02H ADDCA，T100 DA A；百位加2（十进制加）MOVT100，A；结果送回百位RET,3)温度检测模块 A/D转换采用查询方式。为提高数据采样的可靠性，对采样温度进行数字滤波。数字滤波的算法很多，这里采用4次采样取平均值的方法。如前所述，本系统A/D转换结果乘2正好是温度值，因此，4次采样的数字量之和除以2就是检测的当前温度。检测结果高位存入5

15、0H，低位存入51H。温度检测子程序流程图如图9.13所示。温度检测子程序TIN：,图9.13 温度检测子程序流程图,温度检测子程序TIN：TIN：MOV TEMP1，#00H；清检测温度缓冲区 MOV TEMP0，#00H MOV R2，#04H；取样次数送R2 MOV DPTR，#7FF8H；指向A/D转换器0通道 LTIN1：MOVX DPTR，A；启动转换HERE：JNB IE1，HERE；等待转换结束 MOVX A，DPTR；读转换结果,ADDA，TEMP0；累加（双字节加法）MOVTEMP0，AMOVA，#00HADDCA，TEMP1MOVTEMP1，ADJNZR2，LTIN1；4

16、次采样完否，未完继续CLR C；累加结果除2(双字节除法)MOVA，TEMP1,RRCAMOVTEMP1，AMOVA，TEMP0 RRCAMOVTEMP0，ARET,4)温度控制模块 将当前温度与预置温度比较，当前温度小于预置温度时，继电器闭合，接通电阻丝加热；当前温度大于预置温度时，继电器断开，停止加热；当二者相等时电炉保持原来状态；当前温度降低到比预置温度低2时，再重新启动加热；当前温度超出报警上下限时将启动报警，并停止加热。由于电炉开始加热时，当前温度可能低于报警下限，为了防止误报，在未达到预置温度时，不允许报警，为此设置了报警允许标志F0。模块流程见图9.14。,图9.14 温度控制流

17、程图,温度控制子程序CONT：CONT：MOVA，TEMP0；当前温度-预置温度（双字节减）CLRCSUBBA，ST0MOVB，A；低8位相减的差值暂存BMOVA，TEMP1SUBBA，ST1,JNCLOFF；无借位，表示当前温度预置温度，转LOFF JNBF0，LON；当前温度预置温度，判是否达到过预置温度 MOVA，B；若达到过预置温度，判二者差值是否大于2 CLRC SUBBA，#02H JNC ACC.7，LOFF；差值不大于2，转LOFFLON：CLR P1.7；开电炉 SJMPEXIT；返回,LOFF：SETBF0；设置允许报警标志SETBP1.7；关电炉EXIT：RET 在此，读

18、者也可自行加入PID算法程序来实现PID控制。5)温度越限报警模块 报警上限温度值为预置温度+5，即当前温度上升到高于预置温度+5时报警，并停止加热；报警下限温度值为预置温度-5，即在当前温度下降到低于预置温度-5，且报警允许时报警，这是为了防止开始从较低温度加温时误报警。报警的同时也关闭电炉。图9.15为报警子程序流程图。,图9.15 报警子程序流程图,报警子程序ALARMALARM：MOVA，TEMP0；当前温度低字节ACLRCSUBBA，ST0；（当前温度低字节-预置温度低字节）AMOVB，A；低字节相减结果送B暂存MOVA，TEMP1；当前温度高字节ASUBBA，ST1；（当前温度高字

19、节-预置温度高字节）A,JC LA0；有借位，当前温度小于预置温度转LA0 SETB F0；当前温度预置温度，允许报警 AJMP LA1LA0：MOV A，ST0；预置温度低字节A CLR CSUBB A，TEMP0；（预置温度低字节-当前温度低字节）A MOV B，A；低字节相减结果送B暂存 MOV A，ST1；预置温度高字节A SUBB A，TEMP1；（预置温度高字节-当前温度高字节）A,LA1：XCH A，B；高低字节互换，判断相减结果是否大于5 CLRC SUBBA，#05H；（低字节差-5）A XCHA，B；（低字节差-5）B，高字节差A SUBBA，#00H；（高字节差-0）A（

20、因为5的高字节为0）JCLA2；相减结果小于5，不报警返回 JNBF0，LA2；相减结果5，判是否允许报警，不允许则返回,CLRP1.6；启动报警SETBP1.7；关电炉LCALLD0.6s；报警延时0.6 sSETBP1.6；关报警LA2：RETD0.6s：（略）；延时0.6 s子程序,6)主程序和中断服务子程序 主程序采用中断嵌套方式设计，各功能模块可直接调用。主程序完成系统的初始化，温度预置及其合法性检测，预置温度的显示及定时器0设置。定时器0中断服务子程序是温度控制体系的主体，用于温度检测、控制和报警（包括启动A/D转换、读入采样数据、数字滤波、越限温度报警和越限处理、输出可控硅的控制

21、脉冲等）。中断由定时器0产生，根据需要每隔15 s中断一次，即每15 s采样控制一次。但系统采用6 MHz晶振，最大定时为130 ms，为实现15 s定时，这里另行设了一个软件计数器。主程序和中断服务子程序的流程图如图9.16所示。,图9.16 系统程序总体结构框图,主程序MAIN：（数据缓冲区的定义和初始化部分从略）ORG0000H AJMPMAIN ORG000BH AJMPPT0 ORG0030H MAIN：MOVSP，#59H；设定堆栈指针 MOV TMOD，#01H；定时器0初始化,MOVTL0，#0B0H；定时器定时时间100 ms MOVTH0，#3CH MOVR7，#150；置15 s软计数器初值ACALLKIN；调键盘管理子程序SETBET0；允许定时器0中断SETBEA；开中断SETBTR0；启动定时器0SJMP$,定时器0中断服务子程序PT0：PT0：MOVTL0，#0B0HMOVTH0，#3CH；重置定时器0初值DJNZR7，BACK；15 s到否，不到返回MOVR7，#150；重置软计数器初值ACALLTIN；温度检测,MOVBT1，TEMP1；当前温度送显示缓冲区MOVBT0，TEMP0 ACALL DISP；显示当前温度ACALL CONT；温度控制LCALL ALARM；温度越限报警 BACK：RETI,