凌杰　徐俊南

[摘要]本文主要介紹了利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，在系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)選取了凌陽(yáng)科技公司提供的一新款產(chǎn)品SPCE0614A芯片作為該控制系統(tǒng)的核心。由P1000和電壓放大電路提供溫度信號(hào)，通過(guò)PID算法實(shí)現(xiàn)對(duì)電爐功率和水溫控制，使用SSR固態(tài)繼電器作執(zhí)行部件，使系統(tǒng)靜態(tài)誤差降低到最小。本次設(shè)計(jì)還充分利用了SPCE361A單片成熟的語(yǔ)音處理技術(shù)（具有較高的處理速度，能夠快速地處理較復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)）和PC機(jī)的圖形處理功能，來(lái)實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音播報(bào)溫度和打印溫度變化曲線的要求。

[關(guān)鍵詞]SPCE061A 單片機(jī) Pt1000 SSR

1.方案設(shè)計(jì)與論證

本文要求設(shè)計(jì)制作一個(gè)水溫控制系統(tǒng)，控制對(duì)象為1升凈水，容器為搪瓷器皿，水溫可以在范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時(shí)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，以保持設(shè)定溫度基本不變。

靜態(tài)控制精度為0.2攝氏度。并具有較好的快速性與較小的超調(diào)，以及十進(jìn)制數(shù)碼管顯示、溫度曲線打印、語(yǔ)音播報(bào)溫度等功能。題目對(duì)控制溫度要求較高，對(duì)調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量也有要求，因而必須要用釋放的控制算法，另外，還需要顯示水溫和打印水溫變化曲線等。

2.總體方案設(shè)計(jì)

用單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制。單片機(jī)系統(tǒng)可用數(shù)碼管顯示水溫的實(shí)際值，能用鍵盤輸入設(shè)定值，并可實(shí)現(xiàn)打印功能。本方案可選用SPCE061A單片機(jī)（內(nèi)部含有KB的EEPROM），不需要外擴(kuò)展存儲(chǔ)器可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單。

2.1驅(qū)動(dòng)控制部分

此方案采用SPCE061A單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。SPCE061A單片機(jī)除具有體積小，集成度高、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)外，內(nèi)置8路ADC，2路DAC。在實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)中，采用SPCE061A為前端采集單元，具有較好的同步性和實(shí)時(shí)性。而且SPCE061A單片機(jī)內(nèi)嵌32K字閃存FLASH，處理速度高，集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中，配有很多語(yǔ)音播報(bào)系數(shù)，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)極為方便，另外，比較方便的是該芯片內(nèi)置在線仿真、編程接口，可以方便實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試，這大大加快了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與調(diào)試。

2.2測(cè)量部分

任何溫控制系統(tǒng)首先要采用溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，因此測(cè)溫傳感器的選擇是系統(tǒng)設(shè)計(jì)必不可少的考慮問(wèn)題。

采用溫度傳感器鉑電阻Pt1000，由于鉑電阻的物理和化學(xué)性能在高溫和氧化介質(zhì)中很穩(wěn)定，價(jià)格又便宜，常用作工業(yè)測(cè)量元件。以鉑電阻溫度計(jì)作基準(zhǔn)器，此元件線性較好，在0-100攝氏度時(shí)，最大非線性偏差小于0.5攝氏度。

2.3控制算法確定

控制算法即控制器的操作方式，是控制器對(duì)過(guò)程變量的實(shí)測(cè)值與設(shè)定值之間的誤差信號(hào)的響應(yīng)。溫度控制在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，由于其具有工況復(fù)雜、參數(shù)多變、運(yùn)行慣性大、控制滯后等特點(diǎn)，它對(duì)控制調(diào)節(jié)器要求較高。溫度控制不好就可能引起生產(chǎn)安全，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量等一系列問(wèn)題。因此長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)外科技工作者對(duì)溫度控制器進(jìn)行了廣泛深入的研究，產(chǎn)生了大批溫度控制器，如性能成熟應(yīng)用廣泛的PID調(diào)節(jié)器、智能控制PID調(diào)節(jié)器、自適應(yīng)控制等。此處主要對(duì)一些控制器特性進(jìn)行分析以便選擇適合的控制方法應(yīng)用于改造。

PID在溫度控制中已使用數(shù)十年，是一種成熟的技術(shù)，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于理解和實(shí)現(xiàn)，且一些高級(jí)控制都是以PID為基礎(chǔ)改進(jìn)的。溫度PID調(diào)節(jié)器有三個(gè)可設(shè)定參數(shù)，即比例放大系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)。對(duì)一個(gè)控制系統(tǒng)而言，合理地設(shè)置這三個(gè)參數(shù)可取得較好的控制效果。

3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的為一實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其控制對(duì)象為1L凈水，容器為搪陶瓷皿，加熱器為1千瓦電熱爐。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過(guò)方案設(shè)計(jì)與論證，該系統(tǒng)采用了如下設(shè)計(jì)方案：

（1）采用凌陽(yáng)十六位SPCE061A型單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度控制，能使系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單，可靠性高。

（2）由Pt1000和電壓放大電路提供溫度信號(hào)。

（3）通過(guò)PID算法實(shí)現(xiàn)對(duì)電爐功率和水溫控制。

（4）利用凌陽(yáng)十六位SPCE061A型單片機(jī)的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)字語(yǔ)音播報(bào)。

（5）借助PC機(jī)圖形處理功能進(jìn)行溫度變化曲線的打印。

4.結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)以SPCE061A芯片為核心部件，由于SPCE061A的時(shí)鐘最高可達(dá)49M，32個(gè)I/O口，而且具有一定的語(yǔ)音處理功能等，這些都為我們實(shí)現(xiàn)電路提供了非常便利的條件。同時(shí)也因?yàn)殚_(kāi)發(fā)環(huán)境友好，易用，方便同時(shí)配有語(yǔ)音播放函數(shù)，這些大大加快系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。因此本系統(tǒng)利用了其完善的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的性能和強(qiáng)大的中斷處理能力，使系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、程序簡(jiǎn)短、功耗低、可靠性高。同時(shí)還充分利用了SPCE061A單片機(jī)成熟的語(yǔ)音處理技術(shù)和PC機(jī)的圖形處理功能，來(lái)實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音播報(bào)溫度和打印溫度變化曲線的要求。