KS800-DP 9407-480-30001

KS800-DP 9407-480-30001溫度控制器PMA

KS800-DP 9407-480-30001溫度控制器PMA

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扎克貿(mào)易邱小秀 

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控制系統(tǒng)工作如下：材料溫度由熱電阻測量，信號(hào)放大通過放大器，毫伏信號(hào)放大后由A/D轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量，再通過光電耦合器，進(jìn)入主機(jī)電路。由主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，判斷分析，再輸出數(shù)字控制量，去控制加熱功率，從而實(shí)現(xiàn)對溫度的控制。同時(shí)，超過上下*自動(dòng)報(bào)警，控制中自動(dòng)顯示溫度值。

進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮如下問題：

⑴具有掉電保護(hù)功能；

⑵具有超偏報(bào)警功能，超偏時(shí)，發(fā)光管以閃光形勢報(bào)警；

⑶輸入輸出通道和主機(jī)都用光電耦合器進(jìn)行隔離，使儀器具有較強(qiáng)的抗干擾能力；

⑷采用六位LED顯示；

⑸溫度控制范圍涉及測溫元件、電爐功率的選擇；

⑹控制精度、超調(diào)量等指標(biāo)，涉及到A/D轉(zhuǎn)換精度、控制規(guī)律選擇等。

系統(tǒng)原理框圖如下所示：

圖2.1系統(tǒng)原理框圖

本設(shè)計(jì)溫度控制器以單片機(jī)芯片組為控制中心，由掉電保護(hù)供電系統(tǒng)對各個(gè)部分進(jìn)行供電。溫度測試電路將溫度信息轉(zhuǎn)換為模電信息，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后再傳到溫度控制中心（芯片組）進(jìn)行分析處理。在芯片組的處理下，控制溫度控制電路的工作，控制顯示當(dāng)前溫度及過溫報(bào)警。溫度控制電路工作以改變溫度，從而達(dá)到控溫目的。

3.1 熱電偶測溫電路

3.1.1熱電偶

熱電偶是將溫度量轉(zhuǎn)換成電勢大小的熱電傳感器，它被廣泛用來測量100℃─1300℃范圍內(nèi)的溫度，它具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，精度高，熱慣性小，可測局部溫度，集中檢測，自動(dòng)記錄等特點(diǎn)。^[2]

圖3.1熱電效應(yīng)

如圖，將兩種不同材料導(dǎo)體A、B兩端接在一起，一端溫度為，另一端為T（T＞），這時(shí)在這個(gè)回路中將產(chǎn)生一個(gè)與溫度、T以及導(dǎo)體料性質(zhì)有關(guān)的電勢（T、），這樣構(gòu)成的熱電變換元件稱為熱電偶，可用來測量溫度，這種熱電效應(yīng)產(chǎn)生的電勢（T、）是由珀?duì)柼?yīng)和湯姆遜效應(yīng)引起的。

常見的幾種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶有：—鉑熱電偶（WRLB）（分度號(hào)LB-3）、鉑—鉑熱電偶（WRLL）（分度號(hào)：LL-2）：鎳鉻、鎳硅或鎳鉻—鎳鋁熱電偶（WREV）（分度號(hào)EV-2）：鎳鉻—考銅熱電偶（WREA）（分度號(hào)EA-2）。

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3.1.2毫伏變送器

毫伏變送器是電動(dòng)單元組合儀表中的一種，它可以將來自熱電偶的MV級(jí)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流輸出，同時(shí)還能對熱電偶溫—電曲線進(jìn)行校正，從而使熱電偶檢測的溫度值與變送器的輸出具有線性關(guān)系，本系統(tǒng)中所有用的變送器為EX系列儀表中的熱電偶溫度變送器它的輸入電路有冷端補(bǔ)償和斷偶保護(hù)措施，負(fù)反饋電路具有線性功能。

線性功能：毫伏單元變送用折線近似地代替曲線構(gòu)成非線性負(fù)反饋使變送器整個(gè)閉合的特性具有非線性，如果這個(gè)非線性的規(guī)律和所用熱電偶特性曲線互相抵消，就可以使輸出電壓和電流具有*正比于溫度的性能。

為了提高測量精度，可將變送器進(jìn)行零點(diǎn)遷移，當(dāng)溫度范圍為400℃─1000℃，熱電偶輸出16.4~41.32mv，使變送器輸出0~10mv,其輸出經(jīng)過電流—電壓變換電路轉(zhuǎn)換為0~5v電壓信號(hào)，這樣，使用8位的ADC使量化誤差達(dá)±2.34℃。

3.2  熱敏電阻測溫電路

3.2.1熱敏電阻

利用感溫電阻，把測量溫度轉(zhuǎn)化成測量電阻的電阻式測溫系統(tǒng)，常用于測量-200℃~+500℃范圍內(nèi)的溫度，大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻，都具有隨溫度變化的特性，其特性方程如下：

                                            分別為熱電阻在t℃和0℃時(shí)的電阻值。

a為熱電阻的電阻溫度系數(shù)（1/℃）

對于絕大多數(shù)的金屬導(dǎo)體，a并不是一個(gè)常數(shù)，而是溫度的函數(shù)，不同的金屬導(dǎo)體，a保持常數(shù)所對應(yīng)的溫度范圍不同，選作感溫元件的材料應(yīng)滿足如下要求：

⑴材料的電阻溫度系數(shù)a越大，熱阻的系數(shù)大，敏度越高，純金屬的a比合金的高，所以一般采用純金屬作熱敏電阻元件。

⑵在測溫范圍內(nèi)，a保持常數(shù)，便于實(shí)現(xiàn)溫度表的線性刻度特性。

⑶具有比較大的電阻率，有利于減少熱電阻的體積，減少熱慣性。

⑷特性復(fù)現(xiàn)性好，容易復(fù)制。

3.2.2關(guān)于鉑電阻的特性

鉑的物理化學(xué)性能非常穩(wěn)定，是目前制造熱電阻的比較好的材料，有很好的穩(wěn)定性和測量精度。

鉑的使用溫度范圍-200℃─+600℃

0─100℃的電阻溫度系數(shù)平均值（/℃）為3.92~3.98，電阻率為（Ω·）0.0981~00.106

在0℃時(shí)，鉑的電阻值=100Ω

3.2.3 溫度測量電路

圖3.2 溫度測量電路

本電路主要分為兩個(gè)部分：一部分是溫度傳感，一部分是信號(hào)放大。熱敏電阻Rt隨著溫度的不同而輸出相應(yīng)的電阻值，從而在各個(gè)輸出端輸出不同的電壓值，形成一個(gè)微弱的電壓信號(hào)。這個(gè)電壓信號(hào)經(jīng)運(yùn)放放大處理后，終輸出一個(gè)反應(yīng)溫度情況的可識(shí)別電壓信號(hào)Uo。

4.1 ADCO809與8031接口硬件電路設(shè)計(jì)

ADCO809是8路輸入單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它采用逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理，可以直接接到微機(jī)總線接口上，不需另加I/O接口芯片，它可作為微機(jī)的I/O接口，亦可作為存儲(chǔ)單元對待，它無需進(jìn)行調(diào)零和滿量程調(diào)節(jié)，多路開關(guān)地址輸入能夠進(jìn)行鎖存和譯碼，而且其三態(tài)TTL輸出也可鎖存。

圖4.1 ADC0809與8031接口電路

如圖所示ADC0809與8031單片機(jī)的接口電路，當(dāng)P2.2=0時(shí)，選中了ADC0809（允許啟動(dòng)各通道轉(zhuǎn)換與讀取相應(yīng)的轉(zhuǎn)換結(jié)果），轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC經(jīng)倒相后接至單片機(jī)的外部中斷，當(dāng)p3.3=0時(shí)，說明轉(zhuǎn)換結(jié)束，我們選用0通道作為輸入，因而可以把0809視為一個(gè)地址為03F8H的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，對其寫數(shù)據(jù)時(shí)，8031的信號(hào)使ALE和START有效，將74LS373鎖存的地址低三位存入0809并啟動(dòng)ADC，當(dāng)EOC為低電平時(shí)，說明A/D轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行，當(dāng)EOC為高電平（即P3.3=0）時(shí)，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，8031可以讀入轉(zhuǎn)好的數(shù)據(jù)。^[11]

4.2 8155和8031接口硬件電路設(shè)計(jì)

4.2.1  8155芯片的結(jié)構(gòu)

8155芯片是一種多功能的可編程常用外圍接口芯片，它具有三個(gè)可編程I/O端口（A口和B口是8位C口是6位）一個(gè)可編程14位定時(shí)計(jì)數(shù)器和256字節(jié)的RAM，能方便地進(jìn)行I/O擴(kuò)展和RAM擴(kuò)展，

芯片引腳功能如下

RESET：復(fù)位輸入信號(hào)

AD0~AD7：三態(tài)地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線

：片選信號(hào)

：讀選通信號(hào)線，低電平有效

：寫選通信號(hào)線，低電平有效

，RAM/IO選擇，IO/ =0時(shí)，單片機(jī)選擇8155的RAM讀寫AD0~AD7上的地址為8155的RAM單元地址。

當(dāng)IO/ =0時(shí)，單片機(jī)選擇8155的I/O讀寫AD0~AD7上的地址為8155的I/O地址。

ALE：地址鎖存信號(hào)線

PA0~PA7：端口A I/O線

PB0~PB7：端口B I/O線

PC0~PC7：端口C I/O線

TIMER：  定時(shí)計(jì)數(shù)器的輸入端

：定時(shí)計(jì)數(shù)器的輸出端

4.2.2  8155與8031接口電路

8155和8031可以直接連接，不需要任何外加電路，對系統(tǒng)增加了256字節(jié)的RAM，22位I/O線及一個(gè)計(jì)數(shù)器，電路中8031的P2.1接8155的CE，P2.0接8155的IO/P0.0~P0.7接8155的AD0~AD7時(shí)，8155的I/O和RAM地址分配將是：

（1）P2.1=0,P2.0=0時(shí)選中8155片中RAM，地址是0000H~00FFH

（2）P2.1=0,P2.0=1時(shí)選中2/0口，各口分想地址為：

0100H命令狀態(tài)寄存器

0101H  A口地址

0102H  B口地址

0103H  C口地址

0104H計(jì)數(shù)值低8位

0105H計(jì)數(shù)值高8位和方式寄存器

（3）8155的命令字和狀態(tài)字

a、8155的命令字

                    圖4.2 8155命令字

定時(shí)器命令

00=無操作

01=停止計(jì)數(shù)

10=時(shí)間到由停止計(jì)數(shù)

11=裝入工作方式和計(jì)數(shù)長度后立即啟動(dòng)計(jì)數(shù)器

b、8155的控制字