1 引言

溫度是表征物體冷熱程度的物理量。針對生產(chǎn)中常遇到的多路溫度測控問題，提出以單片機系統(tǒng)為核心的4路溫度測控儀表的設計方案。該系統(tǒng)可監(jiān)控4路溫度，同時輸出控制信號直接作用于對象，而無需經(jīng)變換器，節(jié)省大量成本，同時該系統(tǒng)設計還具有結(jié)構(gòu)緊湊，測量精度高，抗干擾能力強．測溫范圍廣。LCD中文界面友好，可遠程通訊等特點。

2 系統(tǒng)硬件設計

2．1 系統(tǒng)設計分析

溫度控制儀的硬件設計主要由電加熱爐溫度檢測、環(huán)境溫度檢測、A／D轉(zhuǎn)換、外部晶閘管調(diào)功、人機交互以及與PC機通信等部分組成。該系統(tǒng)儀表以單片機為核心，讀取計算由測量輸入通道進入的被測信號，再通過一定的算法計算控制量，送至控制輸出通道至控制信號。同時，單片機通過通信模塊與PC機數(shù)據(jù)通信，以及通過人機交互模塊實現(xiàn)與操作者的信息交互。圖1為該系統(tǒng)硬件設計框圖。

4個通道先通過熱電偶測到的電壓值經(jīng)CD405l的八選一模擬選擇開關，再經(jīng)MD轉(zhuǎn)換電路送至單片機P89V5lRD2，將測得的溫度值與由按鍵或RS-485接口通信接收的設定值相比較，計算控制量以控制晶閘管輸出，調(diào)整電加熱爐溫度值。液晶顯示模塊FYDl2864則將單片機測得的4路溫度與設定值予以顯示。RS-485接口通信模塊除由PC向單片機發(fā)送設定值外，還負責單片機通過MAX487向PC發(fā)送所測的溫度值，再傳輸至上位機進行管理和繪圖。

2．2 儀表控制系統(tǒng)

儀表控制系統(tǒng)主要包括單片機P89V51RD2和看門狗X5045，它是系統(tǒng)的核心，用于系統(tǒng)控制和計算。

圖2中，振蕩器電路中晶體振蕩器頻率為11．059 2 MHz，電容C1和C2都是30 pF。單片機P89V51RD2的PO．O～P0．7用于連接液晶模塊的數(shù)據(jù)線，P2．0～P．3用于連接液晶模塊的控制線。P89V51RD2型單片機的Flash程序存儲器支持并行和串行在系統(tǒng)編程（ISP）。并行編程方式提供高速的分組編程方式，可節(jié)省編程花費和開發(fā)時間。ISP允許在軟件控制下重復編程最終產(chǎn)品，其內(nèi)存容量大，4路溫控存取的數(shù)據(jù)較大，并具有較豐富的外設功能。X5045是一種在單片機系統(tǒng)中廣泛應用的看門狗，內(nèi)置上電復位、看門狗定時器、電壓監(jiān)控和EEPROM等4種常用功能。其看門狗定時器和電源電壓監(jiān)控功能可對系統(tǒng)起到保護作用；512x8位的EEPROM用于存儲單片機系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)。X5045與MCU采用SPI總線接口，可與任意一款單片機的I／O端口直接連接。該器件內(nèi)部含有一個位指令移位寄存器，該寄存器可通過SI進行訪問。數(shù)據(jù)在SCK的上升沿由時鐘同步輸入，在其整個工作期間，西必須是低電平且麗必須是高電平。如果在看門狗定時器預置的溢出時間內(nèi)無總線活動，說明西引腳電平發(fā)生變化，X5045將提供復位信號輸出以保證系統(tǒng)可靠運行。X5045內(nèi)部有一個“寫使能”鎖存器，在執(zhí)行寫操作之前該鎖存器必須置位，在寫周期完成后，該鎖存器自動復位。X5045還有一個狀態(tài)寄存器，用于提供其狀態(tài)信息以及設置塊保護和看門狗的定時周期。

3 系統(tǒng)軟件設計

上位機采用VC++6．0編程實現(xiàn)，一次完整的通信過程分為3個階段：主機詢問、從機應答和鏈路釋放。系統(tǒng)中溫控儀為下位機。系統(tǒng)通信采用主從方式，即通信過程由上位機向下位機發(fā)送數(shù)據(jù)包，從而發(fā)起一個通信過程：下位機在接收到該數(shù)據(jù)包并完成相應操作后向上位機回送一個數(shù)據(jù)包，從而結(jié)束該通信過程。這種方式稱為呼叫應答式通信。其中下傳方向為PC機向溫控儀傳送數(shù)據(jù)，上傳方向為溫控儀向PC機傳送數(shù)據(jù)。

儀表軟件設計流程圖如圖3所示，系統(tǒng)上電后，首先進行初始化，包括看門狗和液晶顯示的初始化，使系統(tǒng)進入正常工作環(huán)境。在進入系統(tǒng)前，要將工作經(jīng)驗值錄入初始的PID控制參數(shù)和控溫要求。系統(tǒng)開始工作時，需要判斷上位PC機有無發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，進行接收并處理設計值，如果無，則直接處理設定值。根據(jù)采樣模塊，采樣4通道的溫度值后送到液晶顯示，單片機根據(jù)4路測量的溫度值與設定的4路溫度值比較，計算出4路的偏差量，根據(jù)PID控制參數(shù)分別計算四路的控制量，單片機根據(jù)4路的控制量分別控制晶閘管的導通與關閉，從而實現(xiàn)4路的溫度控制。在計算偏差量的同時。如果超過設定的偏差限幅，則溫高報警，關斷該回路的晶閘管控制，進行故障檢修，避免危險發(fā)生。單片機根據(jù)測得的各個回路的溫度值及時發(fā)送至上位機，實現(xiàn)溫度保存和曲線繪制，并根據(jù)測得的溫度值修改PID參數(shù)。在整個測控過程中．還要判斷有無按鍵按下，如果有，根據(jù)鍵盤操作程序判斷是停止測量還是參數(shù)修改，從而實現(xiàn)系統(tǒng)實時控制。

4 結(jié)論

4路溫度測控系統(tǒng)是以P89V51單片機為核心。采用CD4051為溫度測量電路，以數(shù)模轉(zhuǎn)換器ICL7135為輸出電路，完成4臺電加熱爐的溫度測控實驗，取得較好實驗結(jié)果：利用串口實現(xiàn)儀表與上位機的通信，并用VC++編寫PC端的應用程序。實際調(diào)試結(jié)果證明系統(tǒng)各項技術指標均達到工業(yè)生產(chǎn)的要求，完成4路智能溫控儀產(chǎn)品樣機設計。

責任編輯：gt