1、基于单片机 C8051F 的智能温控系统的设计与实现基于单片机 C8051F 的智能温控系统的设计与实现.txt26 选择自信，就是选择豁达坦然，就是选择在名利面前岿然不动，就是选择在势力面前昂首挺胸，撑开自信的帆破流向前，展示搏击的风采。 490计算机测量与控制.2009.17(3) Computer Measurement 修回日期:2008-08-30。基金项目:西北工业大学创新实验室资助项目(07031)作者简介:赵跃齐(1983-),在读研究生,主要从事计算机测控技术方向的研究。马瑞卿(1963-),教授,博士,主要从事电机智能控制技术方向的研究。文章编号:1671-4598(200
2、9)03-0490-02 中图分类号:TP2745 文献标识码:A基于单片机 C8051F 的智能温控系统的设计与实现赵跃齐,马瑞卿,梁贵毅,曾 重,梁 波(西北工业大学自动化学院,陕西西安 710072)摘要:随着自动化水平的不断提高,工业现场对温度的控制越来越高,设计了一种适用于现代工业现场的实时高精度温度监控系统;采用单片机 C8051F020 和 PC 机相结合,具有数据采集、数据显示、数据通信及数据存储等功能,通过 RS485 总线和上位机相连,上位机可以通过软件对系统进行设置和控制,系统同时通过液晶模块实时显示监测到的温度和万年历;试验证明,本系统具有一定的实时高精度性能,有着很强
3、的推广价值。关键词:单片机;智能温控;液晶模块;上位机Design and Realization of Intelligent Temperature Control SystemBased on C8051F MicrocontrollersZhao Yueqi, Ma Ruiqing, Liang Guiyi, Zeng Zhong, Liang Bo(Automation College, Northwestern Polytechnical University, Xi an 710072, China)Abstract:With the continuous improvement
4、 of automated level, the requirements for temperature control is more and more high in in-dustry scene. This article develops a temperature control system, which can suit to modern industry, use single chip computer C8051F020and personal computer together, have the functions of data acquisition, dat
5、a display, data communication and data storage. implementedthrough RS485 connect to host conputer, the host computer can use software to control and setting the system , at the same time, the sys-tem can display the temperature and calendar by LCD module in time. The practical results has proved tha
6、t this system has high precisionand worthy of using abroad.Key words:microcontrollers; intelligent temperature control; LCD module; host computer0 引言现代工业技术的自动化程度在不断提高。在日用、电子、化工、医疗、航空等领域,温度作为环境的一个重要参数,其测量、显(指)示、曲线变化、预测分析等非常重要,直接决定人居、生产环境、产品工作状态和寿命1-2。如果没有有效办法精确检测和实时控制温度,会使工业产品生产工作环境具有不确定性,产品质量、效能就达不到
7、预期的效果。论文设计了适用于对温度监控要求比较高的场合下一种实时监控系统,该系统温度启控点可以根据用户需要而自行通过键盘或者上位机设定,具有一路精密温度传感器、一路智能数显单元、两路输出,具有温度监测和调控功能。1 系统工作原理及结构设计工业现场要求温度进行控制,为了实施有效控制,一是要实施温度信息采集,二是要实现对温度的实时控制。监控系统是以单片机为核心的监测与调控,可以独立地完成温室环境信息的采集、处理和显示,还可通过标准的 RS- 485 接口与上位机实现通讯。系统原理结构框图如图 1 所示,它是一个小型的分布式数据采集与控制系统,主要由微控制器、温度传感器及其补偿电桥、键盘和液晶显示模
8、块、动作执行机构、万年历时钟模块和上位机组成。图 1 系统工作原理系统选用 Silicion Laboratories 公司出品的 C8051F020 作为系统的微控制器,它是完全集成的混合信号系统级芯片(SOC),具有与 MCS-51 完全兼容的指令周期,能在执行指令期间预处理下一条指令,提高了指令执行效率。它的主要作用是: (1)完成时钟芯片的输入; (2)通过设置其内部的差分电路对温度进行采样; (3)根据给定的两个温度限值(上限和下限)进行判断,给出动作执行机构相应指令; (4)将万年历数据和处理后的采样温度通过 I/O 口输送给液晶显示器,同时经 485 总线输送给上位机。上位机将接
9、收到的采样温度、两个温度限值和校正万年历实时显示,实现对温度的实时监测。系统还允许从上位机修改温度上下限值,同时上位机通过数据库保存系统在任意时刻的第 3 期赵跃齐,等:基于单片机 C8051F 的智能温控系统的设计与实现 491 中华测控网温度值,可供工作人员查询。键盘和液晶显示模块主要完成的功能为:通过键盘可以修改两个温度限值和校正万年历;液晶显示器将采样温度、上下限温度和万年历显示3-4。采用 Pt1000 铂电阻作为温度传感器,经平衡电桥对其进行线性补偿,将温度转换的两路电压值送入 C8051F020 单片机。执行机构主要是通过接受单片机发出的命令,对系统的负载提供开关信号,例如当采样
10、温度比上限值低时,输出一个信号给执行机构 1;当高于上限值时,输出一个控制信号给执行机构 2。2 系统的硬件设计系统硬件电路设计包括 5 大部分:单片机核心控制模块、温度测量模块、时钟模块、控制执行模块和通讯模块等。21 单片机核心控制模块单片机核心控制模块的设计主要包括 C8051F020 单片机的最小系统、键盘及液晶显示电路的设计。其中 AIN00 和AIN01 作为温度采样的输入端; P00 和 P01 为通信提供输入输出信号; P1 口作为键盘引出端; P6 口和 P5 口的部分引脚作为液晶的数据口和控制口; P24 和 P25 分别作为可执行机构 1 和 2 的控制信号输出端。22
11、温度测量模块温度测量主要通过温度传感器和补偿电桥实现,其电路简图如图 2 所示,其中 R4 为调零电阻; R1、R2、R3 和 Pt1000温度传感器 Rt 组成电桥电路,取 R1=R2=xR0=xR3, x 为一个大于 1 的常数; R0 为小于或等于 Pt1000 在-40的电阻。图 2 温度电桥电路取电压 E=33V,电桥输出电压差 Ubd 为:Ubd=x(Rt-R0)(x+1)(Rt+xR0)E (1)令 R=Rt-R0,则有:Ubd=xR(x+1)(x+1)R0+RE (2)当温度较低时, Pt1000 的阻值变化量 R 相对于(x+1)R0 较小,则式(2)可改写为:Ubd=xR(
12、x+1)2R0E (3)由式(3)知 Ubd 正比于 Pt1000 传感器阻值变化量 R,也说明温度较低时 Pt1000 传感器的线性度良好。需要注意的是,电桥两端电压 Uac 要稳定,即 E 是个恒压。为了减少误差,一方面即使 R 很小,取 R0=800;另一方面就是取较大的 x 值,使(x+1) R0 是 R 的 10 倍以上,现取 x=125,则(x+1) R0=135*800=10800;Pt1000 传感器在-40和 85时的理论阻值分别为 8427 和1328k,则 R 的范围是 427528,可见 108k 远大于R10 倍以上。23 时钟模块时钟模块选用飞利浦公司生产的 PCF
13、8563,它是一款工业级内含 I2C 总线接口功能的具有极低功耗的多功能日历时钟芯片。其电路设计如图 3 所示,其中 SCL 为 I2C 总线的时钟线,SDA 为 I2C 总线的数据线。图 3 时钟电路24 控制执行模块控制执行模块主要作用是对外部辅助设备进行控制,如加热器或风机。本系统设计的外部电路接口,通过一个三极管电路,可以方便地与外部电路连接,单片机控制外部继电器电路图如图 4 所示。图 4 继电器电路25 通信模块通讯模块为实现单片机与微机之间长距离有效数据通信,采用 MAX485 芯片,利用 RS-485 标准设计,配置 P0 口的P00 和 P01 为 TXD 和 RXD 引脚,
14、与 MAX485 的 RO 和 DI相连,由于微机串口利用 RS-232 标准,单片机串口输出为TTL 标准,必须实现标准信号间的转换5。MAX485 中的 RE与 DE 端都接到 P20 引脚,由 P20 来控制数据的发送与接收,并配有指示灯,两者之间的波特率为 9600。部分电路图设计如图 5 所示。图 5 RS485 通信电路3 系统的软件设计软件的设计包括系统下位机和上位机的设计。31 下位机程序设计下位机程序主要是对 C8051F020 单片机系统的初始化、端口配置、A/D 初始化、液晶以及键盘扫描初始化等程序的设计,具体流程如图 6 所示。(下转第 514 页) 514 计算机测量
15、与控制 第 17 卷中华测控网3 结束语在时间就是生命的战场,提高作战反应速度,提高武器系统的可靠性对充分发挥导弹武器系统效能有着直接的影响。本文设计的基于 FDDI 的潜射导弹测控系统可以有效解决潜艇空间狭小,电磁干扰严重的问题,而且可以有效减少测试时间。光纤网络测试由于其特有的优势,在潜射武器系统中有着广阔的应用空间。参考文献:1孟 飞.导弹控制系统网络化测试系统方案研究D.西安:第二炮兵工程学院, 2004.2周越文,陈希林,肖明清.导弹通用测试平台的并行测试改造研究J.测试技术学报, 2006, (6): 485-491.3夏 锐,肖明清,朱小平,等.并行测试技术在自动测试系统中的应用
16、J.计算机测量与控制, 2005, 13 (1): 7-10.4徐连刚,陈 帅,张大勇,等. FDDI 与 LTPB 性能对比分析J.飞航导弹, 2006, (6): 44-46.(上接第 491 页)图 6 下位机程序流程图图 7 温控系统主界面32 上位机部分上位机程序采用 LabWindows/CVI 设计,主要实现对采样温度、两个温度限值和万年历的接收和显示,还可对温度限值进行修改和发送给下位机6。同时加入了数据库,对采样温度按时间保存,可查询某一时刻的温度情况。上位机主界面如图 7 所示。4 结论本文主要分析了基于 C8051F 单片机构成的智能温度控制系统的各个模块的结构和功能,并
17、对所设计的系统电路进行了设计和加工。实验表明,该智能温度监控系统具研制成本低、精度高、可靠性强、操作灵活、可扩展性强的特点,系统还设计了友好的人机交互方式,可以方便使用者查询,大大提高了生产效率,有很强的推广价值。参考文献:1季保杰,邹彩虹,王永田.基于单片机的温室自动控制系统设计J.计算机测量与控制, 2007, 15 (1): 73-75.2杨述斌.反馈式工业温度控制系统的设计与实现J.科学技术与工程, 2007, 23 (7): 6080-6083.3胡爱华,杨郁池,刘院英,王 玉.液晶显示模块及其在智能仪表中的应用J.计算机测量与控制, 2007, 15 (2): 275-277.4穆
18、飞航,王建琪,焦 腾,叶 勇.基于 C8051F120 控制的液晶显示屏的设计与实现J.第四军医大学学报, 2005, 26 (19):1815-1816.5童长飞. C8051F 系列单片机开发与 C 语言编程M.北京:北京航空航天大学出版社, 2005.6张凤均. LabWindows/CVI 开发入门和进阶M.北京:北京航空航天大学出版社, 2001.凌华科技军用宽温级 PC/104 嵌入式主板 CoreModule(430 上市本刊讯:凌华科技在去年(2008 年)4 月成功收购 PC/104 标准创始公司美国品牌 Ampro 后,在市场高度瞩目之下,今日宣布在中国首度发布“Ampro
19、 by ADLINKTM“产品系列第一款产品,符合 PC/104 (注 1)规格的嵌入式单板计算机 CoreModule(430,写下一个新的里程碑,显示彼此之间的跨国管理与资源整合工作进行顺利,也展现出企业全球化布局的实力。凌华科技(中国)有限公司工业电脑事业处总监邓晓辉指出,在成功收购 Ampro 之后,凌华科技可提供更完整的嵌入式计算平台,从军用宽温级到宽温级再到工业级,产品规格包括 COM Ex-press、ETX、PC/104、EBX 和 EPIC 等,此次新推出的 CoreMod-ule(430 即是符合 PC/104 规格的嵌入式计算模块,同时在中国我们将从今年开始大力推广 Ampro by ADLINK 产品,主要覆盖的行业包括:军工、交通、船载、医疗、工业控制等,借助 Ampro byADLINK 优秀的产品品质,为客户提供最佳的嵌入式计算平台解决方案。
