基于C8051F040單片機(jī)的溫度遙測遙控系統(tǒng)

0 引言

溫度遙控遙測是遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對溫度的測量與控制，特別適合那些環(huán)境惡劣，測量人員不容易接近的場合，近年來在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。根據(jù)遙控遙測系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了對水溫遙控遙測的設(shè)計方案。

1 總體方案設(shè)計

溫度遙控遙測系統(tǒng)主要由微處理器系統(tǒng)、測溫模塊、加熱模塊、通信模塊、液位模塊以及上位機(jī)軟件等組成。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

測溫模塊測量液體溫度后，把溫度數(shù)值發(fā)送給微處理器，當(dāng)溫度變化達(dá)到一定值后，加熱模塊開始加熱，首先可以在設(shè)定的時間內(nèi)，加熱到設(shè)定的溫度并穩(wěn)定在該溫度一段時間。系統(tǒng)還可以按照設(shè)計好的各溫度節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分段折線加熱，精度很高。測液位模塊實(shí)時測量液體液位，并傳給微處理器。系統(tǒng)通過兩個通信模塊實(shí)現(xiàn)遙測遙控，上位機(jī)設(shè)好溫度參數(shù)后，通過通信模塊傳給遠(yuǎn)處的微處理器，微處理器按照上位機(jī)設(shè)定好的溫度控制加熱模塊進(jìn)行加熱，同時微處理器把液體溫度和液位高度通過通信模塊傳給上位機(jī)軟件，通過上位機(jī)軟件界面可以實(shí)時顯示和監(jiān)測液體溫度和高度。顯示模塊把系統(tǒng)的溫度、高度等各項數(shù)據(jù)實(shí)時顯示在液晶屏幕上。

程序采用PID算法，建立比例、積分、微分?jǐn)?shù)學(xué)模型，控制TCA785移相觸發(fā)器正負(fù)觸發(fā)可控硅BAT-20對受熱物質(zhì)加熱。移相觸發(fā)雙向可控硅調(diào)壓精準(zhǔn)，無級調(diào)壓，較好地融合了超調(diào)和加熱時間之間的矛盾；遙感遙測使用PTR-2000與上位機(jī)通信，在0到100℃范圍內(nèi)可任意設(shè)定、控制水溫。PTR- 2000通信距離遠(yuǎn)，準(zhǔn)確率高，PC機(jī)界面實(shí)時顯示溫度曲線，溫度、液位上下限設(shè)定。并具有溫度曲線采樣率設(shè)定、溫度曲線打印功能。

2 硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件主要由C8051F040單片機(jī)最小系統(tǒng)、PTR2000無線通信模塊、TCA785移相調(diào)壓控制模塊、Ptl00測溫模塊、WDK505測液位模塊等組成。

2．1 C8051F040單片機(jī)最小系統(tǒng)

最小系統(tǒng)以單片機(jī)C8051F04O為核心，包括晶體振蕩電路、復(fù)位電路、抗干擾電路、電壓基準(zhǔn)電路和電源部分。C805lF040單片機(jī)是美國 Cygnal公司生產(chǎn)的完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯SoC。它具有64kB Flash、4352BRAM、CAN控制器2．0、兩個串行接口、5個16位定時器、12位A／D轉(zhuǎn)換器、8位A／D轉(zhuǎn)換器及12位D／A轉(zhuǎn)換器等，它內(nèi)部還帶有JTAG接口，使調(diào)試變得非常方便。

2．2 PTR2000無線通信模塊

該器件將接收和發(fā)射合接為一體，工作頻率為國際通用的數(shù)傳頻段433MHz；采用FSK調(diào)制／解調(diào)，可直接進(jìn)入數(shù)據(jù)輸入／輸出，抗干擾能力強(qiáng)。該模板塊在內(nèi)部集成了高頻接收、PLL合成、FSK調(diào)制／解調(diào)、參量放大、功率放大、頻道切換等功能。通信距離可以滿足設(shè)計要求，設(shè)計電路中將PTR2000的一部分通過MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后與計算機(jī)串口連接，另一部分與最小系統(tǒng)連接。

2. 3 TCA 785移相調(diào)壓控制模塊

加熱模塊采用移相觸發(fā)集成觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)。觸發(fā)器TCA785過零點(diǎn)的識別能力高，移相范圍更寬，輸出脈沖的整齊度更好，可使受控元件在0V到220V無級改變，常用于對精度要求高，受控環(huán)境惡劣的條件下。移相觸發(fā)是通過改變電壓調(diào)節(jié)導(dǎo)通角來實(shí)現(xiàn)調(diào)壓，負(fù)載兩端的電壓及平均功率是隨移相觸發(fā)角的變化而變化的。在可控硅的每個正或負(fù)的周期中都有保持通、斷的部分，即輸出連續(xù)可調(diào)，能適應(yīng)各種性質(zhì)的負(fù)載。本系統(tǒng)為加熱單元設(shè)置了總控開關(guān)，上位機(jī)可直接控制開關(guān)的通斷，用燈泡顯示開關(guān)狀態(tài)。其控制原理圖見圖2。

2．4 Ptl00測溫模塊

Ptl00溫度傳感器為正溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器，具有抗振動、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。鉑熱電阻的線性較好，在0到100℃之間變化時，最大非線性偏差小于0．5℃。鉑熱電阻阻值與溫度關(guān)系為：

式中，A=0．00390802；B=-0．000000580；其阻值表達(dá)式可近似簡化為：Rpt00=100×(1+At)，當(dāng)溫度變化 1℃，Ptl00阻值近似變化0．39 Ω。

2．5 WDK505測液位模塊

采用WDK505壓力變送器測量液位。該儀器具有防結(jié)露、防雷擊設(shè)計，抗干擾能力強(qiáng)，長期穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。芯片置于全不銹鋼殼體內(nèi)堅固密封，可靠性好，精度高。