单片机应用实例2－温度控制系统.docVIP

单片机技术教案 课次： 学时： 日期： 年 月 日 星期 教学名称 单片机应用实例2－温度控制系统 教学目的 了解测控系统的典型硬件结构及常用元器件，软件结构 教学重点 输入通道结构 教学难点 温度测量算法及PWM实现原理 环 节 时间 内 容 方法与说明 温度控制系统 医院使用的婴儿培养箱主要用于早产儿、病儿的体温维持。经调研发现，医院现用的培养箱的温控系统存在着不足之处，主要在于温度采样点只有一个，不能全面反映培养箱内的温度状况，而基于这样的单点采样的温控系统就不能对整个温箱进行很好的预期的温控，于是就会造成被控对象温度不均匀的现象出现。 本设计中采用四个温度传感器分别置于温箱内的四周，单片机轮流采集各个传感器的温度值，综合考虑箱内温度后，再决定电热丝发热功率、风扇的转速，并输出ＰＷＭ波进行控制。而且当箱内温度不均匀时，由风扇加快箱内空气流动加以改善。 根据临床实践,本系统要达到的技术参数如下: 电源：+5V，＋15V，－15V； 使用环境：20~30℃； 控温范围：室温~38℃； 显示设定温度和箱内的实时温度，控制精度误差≤0.5℃； 能显示加热功率点、风扇转速点； 保养箱温度可预置； 温度超出设定值2℃时发声光报警； 箱内最大温差大于2℃时，启动箱温均匀功能； 降温过程不做限制 1.硬件设计 硬件部分的总体框图如图所示。 单片机技术教案 课次： 共 页 第 页 环 节 时间 内 容 方法与说明 控制器件：以AT89S52单片机为控制核心。图7－13所示为控制系统。 显示部分：本系统要求显示培育箱内的温度以及电热丝和风扇的功率点。温度用三位数码管显示（两位整数和一位小数），功率部分可以LED发光柱。在本系统中单片机的引脚资源比较紧张，没有直接用单片机的I/O口去驱动数码管，而是用一块数码管显示的接口芯片MAX7219来完成数码管的驱动。MAX7219是美国（美信）公司推出的多位显示驱动器，采用３线串行接口传送数据，可直接与单片机接口，用户能方便修改其内部参数，以实现多位显示。它内含硬件动态扫描显示控制，每枚芯片可驱动８个数码管。功率部分：本设计中由于要使用大功率的器件（电热丝和风扇），为了保证大功率部分不干扰单片机部分，使用了两个固态继电器。 （a）风扇接口电路 （b）电热丝接口电路 传感器部分：AD590是电流型集成温度传感器，在一定温度下，它相当于一个恒流源,不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰，且具有很好的线性特性。工作电压范围为＋4～＋30 V ,测温范围为- 55～ + 150 ℃,线性电流输出1μA/ K,它是两端器件,使用非常方便。而且，电流型比电压型的测量精更高。本系统中使用了4个传感器，分别安装在培育箱内部的四角，这样能比较全面的掌握箱内的温度情况。图7－16所示为一路传感器的应用电路图。 单片机技术教案 课次： 共 页 第 页 环 节 时间 内 容 方法与说明 信号处理部分：信号处理部分把AD590输出的电流信号转化为电压信号，放大后送A/D转换器ADC0809转换为数字量。 A/D转换部分：采用ADC0809作为A/D转换器。 2.系统软件设计 由于在箱内四角分别放置了一个温敏传感器，因此关键是怎样对采集到的四路温度信号进行处理。经过多次实验，总结出如下的方法：采样时间到来后，就对四个传感器进行三轮采样。分别对每一个传感器的测量值进行排序，取其中间值作为该传感器本次的测量值t1、t2、t3、t4。然后求T和，T为t1、t2、t3、t4的平均值，为t1、t2、t3、t4中任意两点间的最大差值。即 T为该时刻箱内温度的实测值，为箱内最大温差。若T≥38℃或者T≥(设定值t+2℃)时报警。用于控制风扇转速。 单片机技术教案 课次： 共 页 第 页 环 节 时间 内 容 方法与说明 设U1、U2分别为输出给连接加热装置和风扇的两个固态继电器的控制信号： 、为一确定常数，取得越大响应速度越慢，但是控制精度越高，反之越小响应速度越快，但是控制精度越底。取得越大响应速度越快，但是会对箱内婴儿 影响大，反之取得越小响应速度越慢，但是对箱内婴儿影响小。经过反复实验，发觉取10℃，取2℃比较合适。为了在不同的情况下，加热单元输出不同的发热功率、风扇工作于不同的风速，固态继电器的控制信号U1、U2必须是脉宽调制波PWM，通过调整每一周期的加热脉冲的宽度以达到目的。本系统中，设定控制信号的周期为4S，用单片机定