9.4.2 单片机温度控制系统 1．硬件电路
9.4.2 单片机温度控制系统
在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、机械制造和食品加工等许多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行监测和控制。采用单片机来对它们进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高和增加产品的质量和数量。单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的控制问题。现以它为例进行介绍。这不仅可以使读者把所学理论知识加以升华，而且能起到举一反三和触类旁通的效果。
1．硬件电路
图9-10为一种采用热电偶为温度检测元件的单片机温度控制系统原理图。
现对各部分电路分述如下。
（1）温度检测和变送器。
温度检测元件和变送器的类型选择和被控温度及精度等级有关。镍铬/镍铝热电偶适用于0℃～1000℃的温度测量范围，相应输出电压为0mV～41.32mV。
变送器由毫伏变送器和电流/电压变送器组成：毫伏变送器用于把热电偶输出的0mV～41.32mV电压变换成0mA～10mA范围内的电流；电流/电压变送器用于把毫伏变送器输出的0mA～10mA电流变换成0V～5V范围内的电压。
为了提高测量精度，变送器可以进行零点迁移。例如：若温度测量范围为400℃～1000℃，则热电偶输出电压为16.4mV～41.32mV，毫伏变送器零点迁移后输出0mA～10mA范围电流。这样，采用8位A/D转换器就可使量化温度误差达到±2.34℃以内。
（2）接口电路。
8031的接口电路可采用8155、2732和ADC0809等芯片。8155用于键盘/LED显示器接口，2732可以作为8031的外部ROM存储器，ADC0809为温度测量电路的输入接口。
图9-10 电阻炉炉温控制系统原理图
由图9-10可见，在P2.0=0和P2.1=0时，8155选中它内部的RAM；在P2.0=1和P2.1=0时，8155选中片内3个I/O端口。相应地址分配为：
0000H～00FFH 8155内部RAM
0100H命令/状态口
0101H A口
0102H B口
0103H C口
0104H定时器低8位口
0105H定时器高8位口
8155用作键盘/LED显示器接口电路已在上章中作过介绍，在此从略。
2732是4KB EPROM型器件。8031的
和2732的
相接，P2.4和
相连，故2732的地址空间为：
0000H～0FFFH
ADC0809的IN0和变送器输出端相连，IN0上输入的0V～+5V范围的模拟电压经A/D转换后可由8031通过程序从P0口输入到它的内部RAM单元。在P2.2=0且
=0时，8031可使ALE和START变为高电平而启动ADC0809；在P2.2=0且
=0时，8031可以从ADC0809接收A/D转换后的数字量。这就是说，ADC0809可以视为8031的一个外部RAM单元，地址为03F8H（有很大的地址重叠范围）。因此，8031执行如下程序可以启动ADC0809工作。
MOV DPTR，#03F8H
MOVX @DPTR，A
若8031改为执行如下程序：
MOV DPTR，#03F8H
MOVX A，@DPTR
则可以从ADC0809输入A/D转换后的数字量。
ADC0809的CLK由8031的ALE上信号经过2分频后提供，EOC经反相器用作8031的
中断请求输入线，要求CPU从P0口提取A/D转换后的数字量。
P1.0～P1.2引脚用于报警，可以和报警电路相连，究竟采用何种报警可由设计者根据需要选定。
（3）温度控制电路。
8031对温度的控制是通过晶闸管调功器电路实现的，如图9-10所示。双向晶闸管和加热丝串接在交流220V、50Hz交流市电回路。在给定周期T内，8031只要改变晶闸管的接通时间便可改变加热丝功率，以达到调节温度的目的。图9-11列出了晶闸管在给定周期T内具有不同接通时间的情况。显然，晶闸管在给定周期T的100%时间内接通时的功率最大。
图9-11 晶闸管调功器输出功率与通断时间的关系
晶闸管接通时间可以通过晶闸管控制极上的触发脉冲控制。该触发脉冲由8031用软件在P1.3引脚上产生，受过零同步脉冲同步后经光耦管和驱动器输出送到晶闸管的控制极上。
过零同步脉冲是一种50Hz交流电压过零时刻的脉冲，可使晶闸管在交流电压正弦波过零时触发导通。过零同步脉冲由过零触发电路产生，更为详细的原理图如图9-12所示。
图中，电压比较器LM311用于把50Hz正弦交流电压变成方波。方波的正边沿和负边沿分别作为两个单稳态触发器的输入触发信号，单稳态触发器输出的两个窄脉冲经二极管和或门混合后就可得到对应于交流220V市电的过零同步脉冲。此脉冲一方面作为晶闸管的触发同步脉冲加到温度控制电路中，另一方面还作为计数脉冲加到8031的T0和T1端（见图9-10）。
图9-12 过零触发电路原理图