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基于C8051F020的密閉環(huán)境溫度恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計

作者: 時間:2012-07-25 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:給出了一種單片機實現(xiàn)自動控制的系統(tǒng)方案。將半導體制冷模塊置于一個,通過單片機實現(xiàn)對半導體制冷片的制冷、制熱和不同功率運行的控制,采用獨立按鍵完成溫控數(shù)據(jù)的輸入,分別利用DS18B20采集和實際環(huán)境,并通過TS1602 LCD完成基本的狀態(tài)數(shù)據(jù)和控制實時顯示;通過PID算法編程實現(xiàn)密閉環(huán)境溫度控制。實驗結(jié)果表明,在按鍵輸入設(shè)定溫度后,系統(tǒng)能夠成功實現(xiàn)密閉環(huán)境溫度的控制,溫度控制精度為±0.2℃。
關(guān)鍵詞:單片機;控制;PID算法;密閉環(huán)境

0 引言
溫度控制廣泛應(yīng)用于社會生活的各個領(lǐng)域,如家電、汽車、材料、電力電子等,近幾年,在控制方法上,PID的溫度控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法有了快速的發(fā)展。本文介紹了一種C8051F020單片機的環(huán)境溫度自動控制,利用PID算法,結(jié)合溫度傳感器
DS18B20、半導體制冷系統(tǒng)、開關(guān)電源和繼電器控制電路實現(xiàn)密閉環(huán)境溫度的自動控制。密閉環(huán)境溫度自動符合現(xiàn)代電子產(chǎn)品自動化、智能化、模塊化、人性化的要求,人機界面友好,可移植性好。

1 整體方案
方案的主要任務(wù)是根據(jù)用戶要求,實現(xiàn)對密閉環(huán)境的恒溫控制。手動設(shè)定密閉環(huán)境控制溫度后,C8051F020單片機通過DS18B20測得密閉環(huán)境溫度(被控環(huán)境)和實際環(huán)境溫度,將設(shè)定溫度和密閉環(huán)境溫度的差值送入單片機,返回指令控制繼電器電路實現(xiàn)半導體制冷系統(tǒng)的加熱或者制冷。單片機輸出的PWM經(jīng)IR2110功率放大,控制開關(guān)管1RF3808通斷,并利用PID算法實時改變單片機的PWM占空比,達到控制開關(guān)電源輸出電壓的目的,從而改變半導體制冷系統(tǒng)工作時的功率。

2 硬件電路設(shè)計
2.1 硬件總體設(shè)計
整個系統(tǒng)主要由系統(tǒng)電源電路、鍵盤電路、溫度采集電路、LCD顯示器、繼電器控制電路、開關(guān)電源電路、LM2575降壓電路、半導體制冷電路和單片機控制電路組成。其中,鍵盤電路用來輸入控制信號;溫度采集電路用于實時監(jiān)測實際環(huán)境溫度和密閉環(huán)境溫度;LCD是用來顯示用戶設(shè)定狀態(tài)信息和溫度數(shù)據(jù)、電流、電壓值;開關(guān)電源電路用于提供半導體制冷系統(tǒng)的工作電壓和電流;LM2575降壓電路用于提供單片機電源;半導體制冷電路是控制環(huán)境溫度的關(guān)鍵。C8051F020單片機是整個的核心,將各部分連成整體,正常工作。系統(tǒng)總體電路設(shè)計框圖如圖1所示。

本文引用地址:http://2s4d.com/article/160259.htm

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2.2 半導體制冷電路
半導體制冷電路由半導體制冷片、散熱風扇、導熱金屬片組成。半導體制冷片是根據(jù)珀爾帖效應(yīng)制作的溫差電制冷片,改變供電電壓極性,就可以達到制冷或者加熱的目的,并且重量輕、體積小,具有相對較高的制冷量。
2.3 控制電路
MCU控制電路包括三個部分:獨立按鍵電路、溫度采集電路、繼電器控制電路和數(shù)據(jù)顯示部分。
控制信號輸入部分主要由獨立鍵盤完成。使用獨立鍵盤,結(jié)構(gòu)清晰,編程簡單。兩個獨立按鍵:P1^0:設(shè)定溫度值加1;P1^1:設(shè)定溫度值減1。繼電器控制電路主要由MCU I/O端口P3口控制2個繼電器完成,同時斷開繼電器實現(xiàn)制冷,同時吸合繼電器實現(xiàn)制熱。以C8051F020的端口P2口作為數(shù)據(jù)線,與LCD1602進行數(shù)據(jù)通信并完成狀態(tài)顯示。溫度采集電路采用DS18B20電路。Dallas公司的DS18B20 1-wire數(shù)字溫度傳感器使用一根信號線即可實現(xiàn)信號的雙向傳輸,接口簡單,便于擴展和維護。
2.4 開關(guān)電源電路
開關(guān)電源采用BUCK拓撲結(jié)構(gòu),PWM(脈寬調(diào)制)控制方式。最大輸出電壓達到15.3 V,最大輸出電流達到2 A,輸出電壓的紋波小于5mV,整個開關(guān)電源效率為75%,滿足系統(tǒng)供電要求。由于測量電源電壓、電流時采用差分放大電路,PWM波的頻率在21 kHz左右,頻率較高,造成電壓數(shù)據(jù)采集后轉(zhuǎn)化的AD值與實際的測量值存在一定的偏差,通過程序?qū)崿F(xiàn)電壓補償。
2.5 LM2575降壓電路和單片機供電電路
MCU部分電路正常工作需要+5 V和+3.3 V電壓供電。將市電220 V/50 Hz通過開關(guān)電源部分電路,經(jīng)過橋堆整流和濾波產(chǎn)生直流電17 V,通過LM2575穩(wěn)壓芯片輸出穩(wěn)定+5 V給LCD1602顯示模塊和繼電器供電,C8051F020和DS18B20由+5 V經(jīng)過ASM1117-3.3 V供電。

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