基于8051的变速调温系统

在某些生产过程中，温度需要根据工艺要求快速或慢速升降或保持恒定，如果采用人工控制，不但费时费力，而且控制精度与操作人的经验、身体情况、精神状况等有关，易出现较大误差。所以需要设计高性能的温控系统。

以MCS-51系列单片机8051为核心元件，以热电偶作为测温元件，设计全自动变速温控系统，加热炉的加热时间可以根据工艺温度曲线自动调节，从而实现温度的智能控制。

1　工作原理

各个时间段的温度预定值存储在存储器中，系统通过程序每隔20 s查询一次当前预定值是否在恒温时间内，如果不在恒温时间内，则取出下一组预定值，否则保持当前设定值，并累计恒温时间。

热电偶测量的温度值转换为电势后，由模数转换电路ADC0809转换为数字量，由P1口送入单片机。每隔10 s由时间中断控制对实测温度进行采样，并将采集到的温度值与设定值进行比较，若实际温度超出预先设定的控制量，系统执行截止或全功率输出指令，从而控制可控硅的导通角，控制温度的升降。若实际温度没有超出预定的控制范围，系统按预定值控制可控硅每秒导通的脉冲数，维持预先的温度曲线。

对控制系统的干扰，一是电网电压的波动导致电热炉失控；二是电热炉本身状况的改变。针对这两种情况，系 统对电网电压和电热炉工况进行采样，经反馈网络传送给控制系统，改变可控硅的通断时间比，从而抵消上述干扰带来的影响。

2　硬件设计

8051应用广泛，功能强大，价格低，其内部有4 kBROM程序存储器，128 kBRAM数据存储器，32根I／O线，2个16 b定时／计数器，5个中断源。硬件电路如图1所示。

由于8051内部集成了4 kBROM，根据程序需要进行存储器的扩展，用一片EPROM2716作为8051的外部程序存储器，由8051的P0口传送的2716低8位地址经 74LS273锁存后，与2716的低8位相连，高3位A8～A10由P2口的低3位P2．0～P2．2直接传送，ALE的下降沿用来锁存外部地址，并用 PSEN作为外部EPROM的选通信号。温度曲线的设定值和可控硅每秒导通脉冲数存放于8051的内部程序存储器中。

当内部存储器被选中，取出下一组温度值时，同时输出下一组预置的每秒导通脉冲数，经锁存器74LS273送往由2片CD40192级连后组成的预置计数器，进行预置计数，当 CD40192的PE端为“0”时，锁存于74LS273中的预置数即置于CD40192中，CD40192开始计数，当计满预置数时，计数器清零，并发出一个控制信号，送入过零触发器使可控硅截止。

可控硅过零触发器每秒只导通预置脉冲数，当要求导通时，在电源过零点前就发出一个控制信号，使大功率双向可控硅在电源过零处导通。

热电偶采集的温度模拟信号由ADC0809经P1口送入8051进行数据处理，实测温度与设定温度比较后的偏差值，经接口芯片8255送往显示器进行温度显示。

3　程序设计

系统软件主要由主程序模块、A／D转换模块、数据处理模块、显示模块组成。

主程序模块和A／D转换模块程序流程图如图2和图3所示。

在程序运行过程中，8051的定时时钟计数贯穿整个过程，在时钟控制下经软件分频即可求出延时10 s所需的循环次数，每循环一次就向时间累计单元加1，在时间循环过程中的延时段内，可以调用其他子程序去完成其他操作，当达到10 s或20 s定时时间，通过设立标识来识别采样时间间隔。

4　总　结

本系统的设计简单灵活，其特点是预设温度曲线值可以存储于存储器中，系统按照此预定值调节温度，改变预设温度曲线以及相应的软件，从而适应不同的工艺要求，具有通用性。

参考文献
［1］王福瑞．单片微机测控系统设计大全［M］．北京：北京航空航天大学出版社，1999．
［2］陈光东．单片微型计算机原理与接口技术［M］．武汉：华中理工大学出版社，1998．
［3］林友德．传感器及应用技术［M］．上海：上海科学技术文献出版社，1992．