溫度控制技術(shù)不僅在工業(yè)生產(chǎn)有著非常重要的作用，而且在日常生活中也起著至關(guān)重要的作用。本文對系統(tǒng)進(jìn)行硬件和軟件的設(shè)計，在建立溫度控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)之上，通過對PID控制的分析設(shè)計了系統(tǒng)控制器，完成了系統(tǒng)的軟、硬件調(diào)試工作。算法簡單、可靠性高、魯棒性好，而且PID控制器參數(shù)直接影響控制效果。

　　1. 系統(tǒng)概述

　　1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　該系統(tǒng)利用AT89S51豐富的外設(shè)模塊搭建硬件平臺。系統(tǒng)的硬件電路包括：模擬部分和數(shù)字部分，基本電路由核心處理模塊、溫度采集模塊、鍵盤顯示模塊及控制執(zhí)行模塊等組成。

　　1.2 系統(tǒng)工作流程

　　系統(tǒng)開始工作時，首先由單片機(jī)控制軟件發(fā)出溫度讀取指令，通過數(shù)字溫度傳感器采集被控對象的當(dāng)前溫度值并送顯示屏實時顯示。然后，將該溫度測量值與設(shè)定值T比較，其差值送PID控制器。PID控制器處理后輸出一定數(shù)值的控制量，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為模擬電壓量，控制被控對象進(jìn)行加熱。

　　1.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計方法

　　整個系統(tǒng)軟件設(shè)計包括管理程序和控制程序兩部分，管理程序包括LED顯示的動態(tài)刷新、控制指示燈、處理鍵盤的掃描和響應(yīng)?？刂瞥绦虬ˋ/D轉(zhuǎn)換、中值濾波、越限報警處理、PID計算等。

　　2. 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　2.1 電源電路的設(shè)計

　　系統(tǒng)所用直流電源由三端集成穩(wěn)壓器組成的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源提供。設(shè)計中選用了LM7805LM7815和LM7915三個三端集成穩(wěn)壓器，提供+5V直流電壓，輸出電流均為1A.變壓器將220V的市電降壓后再通過整流橋整流之后采用了大容量的電解電容進(jìn)行濾波，以減小輸出電壓紋波。電源電路圖如圖1所示。

　　圖1 電源電路圖

　　2.2 復(fù)位電路設(shè)計

　　單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計的好壞，直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。只有一個可靠的復(fù)位電路才能使系統(tǒng)避免出現(xiàn)了“死機(jī)”、“程序走飛”等現(xiàn)象。電路圖如圖2所示。

　　圖2 復(fù)位電路圖

　　2.3 時鐘電路設(shè)計

　　本控制器采用的是內(nèi)部振蕩方式得到單片機(jī)的時鐘信號，這種方式得到的時鐘信號比較穩(wěn)定。圖3為時鐘電路。

　　圖3 時鐘電路圖

　　2.4 可控硅輸出電路

　　可控硅是一種功率半導(dǎo)體器件，簡稱SCR，也稱晶閘管。本部分為控制電加熱爐功率的雙向可控硅驅(qū)動電路，采用MOC3041作為驅(qū)動電路。如圖4所示。

　　圖4 可控硅輸出電路

　　2.5 聲光報警電路模塊

　　某一通道的溫度測量值超出預(yù)先設(shè)定的上、下限報警值或系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警以提醒用戶注意。如圖5所示。

　　圖5 聲光報警電路圖

　　3.系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　3.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計

　　在反應(yīng)器系統(tǒng)中，主程序的功能主要是設(shè)定程序執(zhí)行過程中用到的相關(guān)變量，分配寄存器，對所需要的參數(shù)初始化，根據(jù)定時中斷程序，調(diào)用相應(yīng)的功能模塊，完成一定的任務(wù)。