在某些生產(chǎn)過程中，溫度需要根據(jù)工藝要求快速或慢速升降或保持恒定，如果采用人工控制，不但費時費力，而且控制精度與操作人的經(jīng)驗、身體情況、精神狀況等有關(guān)，易出現(xiàn)較大誤差。所以需要設(shè)計高性能的溫控系統(tǒng)。

以MCS-51系列單片機8051為核心元件，以熱電偶作為測溫元件，設(shè)計全自動變速溫控系統(tǒng)，加熱爐的加熱時間可以根據(jù)工藝溫度曲線自動調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)溫度的智能控制。

1　工作原理

各個時間段的溫度預(yù)定值存儲在存儲器中，系統(tǒng)通過程序每隔20 s查詢一次當(dāng)前預(yù)定值是否在恒溫時間內(nèi)，如果不在恒溫時間內(nèi)，則取出下一組預(yù)定值，否則保持當(dāng)前設(shè)定值，并累計恒溫時間。

熱電偶測量的溫度值轉(zhuǎn)換為電勢后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路ADC0809轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，由P1口送入單片機。每隔10 s由時間中斷控制對實測溫度進行采樣，并將采集到的溫度值與設(shè)定值進行比較，若實際溫度超出預(yù)先設(shè)定的控制量，系統(tǒng)執(zhí)行截止或全功率輸出指令，從而控制可控硅的導(dǎo)通角，控制溫度的升降。若實際溫度沒有超出預(yù)定的控制范圍，系統(tǒng)按預(yù)定值控制可控硅每秒導(dǎo)通的脈沖數(shù)，維持預(yù)先的溫度曲線。

對控制系統(tǒng)的干擾，一是電網(wǎng)電壓的波動導(dǎo)致電熱爐失控；二是電熱爐本身狀況的改變。針對這兩種情況，系 統(tǒng)對電網(wǎng)電壓和電熱爐工況進行采樣，經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)傳送給控制系統(tǒng)，改變可控硅的通斷時間比，從而抵消上述干擾帶來的影響。

2　硬件設(shè)計

8051應(yīng)用廣泛，功能強大，價格低，其內(nèi)部有4 kBROM程序存儲器，128 kBRAM數(shù)據(jù)存儲器，32根I／O線，2個16 b定時／計數(shù)器，5個中斷源。硬件電路如圖1所示。

由于8051內(nèi)部集成了4 kBROM，根據(jù)程序需要進行存儲器的擴展，用一片EPROM2716作為8051的外部程序存儲器，由8051的P0口傳送的2716低8位地址經(jīng) 74LS273鎖存后，與2716的低8位相連，高3位A8～A10由P2口的低3位P2．0～P2．2直接傳送，ALE的下降沿用來鎖存外部地址，并用 PSEN作為外部EPROM的選通信號。溫度曲線的設(shè)定值和可控硅每秒導(dǎo)通脈沖數(shù)存放于8051的內(nèi)部程序存儲器中。

當(dāng)內(nèi)部存儲器被選中，取出下一組溫度值時，同時輸出下一組預(yù)置的每秒導(dǎo)通脈沖數(shù)，經(jīng)鎖存器74LS273送往由2片CD40192級連后組成的預(yù)置計數(shù)器，進行預(yù)置計數(shù)，當(dāng) CD40192的PE端為“0”時，鎖存于74LS273中的預(yù)置數(shù)即置于CD40192中，CD40192開始計數(shù)，當(dāng)計滿預(yù)置數(shù)時，計數(shù)器清零，并發(fā)出一個控制信號，送入過零觸發(fā)器使可控硅截止。

可控硅過零觸發(fā)器每秒只導(dǎo)通預(yù)置脈沖數(shù)，當(dāng)要求導(dǎo)通時，在電源過零點前就發(fā)出一個控制信號，使大功率雙向可控硅在電源過零處導(dǎo)通。

熱電偶采集的溫度模擬信號由ADC0809經(jīng)P1口送入8051進行數(shù)據(jù)處理，實測溫度與設(shè)定溫度比較后的偏差值，經(jīng)接口芯片8255送往顯示器進行溫度顯示。

3　程序設(shè)計

系統(tǒng)軟件主要由主程序模塊、A／D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊組成。

主程序模塊和A／D轉(zhuǎn)換模塊程序流程圖如圖2和圖3所示。

在程序運行過程中，8051的定時時鐘計數(shù)貫穿整個過程，在時鐘控制下經(jīng)軟件分頻即可求出延時10 s所需的循環(huán)次數(shù)，每循環(huán)一次就向時間累計單元加1，在時間循環(huán)過程中的延時段內(nèi)，可以調(diào)用其他子程序去完成其他操作，當(dāng)達(dá)到10 s或20 s定時時間，通過設(shè)立標(biāo)識來識別采樣時間間隔。

4　總　結(jié)

本系統(tǒng)的設(shè)計簡單靈活，其特點是預(yù)設(shè)溫度曲線值可以存儲于存儲器中，系統(tǒng)按照此預(yù)定值調(diào)節(jié)溫度，改變預(yù)設(shè)溫度曲線以及相應(yīng)的軟件，從而適應(yīng)不同的工藝要求，具有通用性。

參考文獻
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