本题目是设计一个水温控制系统,要求能在0ºC-100ºC范围内设定控制水温,控温精度为±0.4ºC,并具有较好的快速性和较小的超调,以及显示功能。前向通道(测量部分):
主控制器:
方案一:
此方案采用89C51单片机[6]实现。单片机软件编程自用度大,可用编程实现各种控制算法和逻辑控制,但是89C51需外接模数转换器来满足数据采样,对外围电路来说,比较复杂。另外,由于89C51的信号实时处理能力有限,不能较好的实现设计的精度要求。
方案二:
此方案采用TMS320F240 DSP实现。
本方案的主要优点:
1.速度快,执行速度达到20MIPS,几乎所有的指令可以在50µs的单周期内完成,如此高的性能非常适合实时数据采集。
2.硬件结构简单,DSP片内具有十位A/D转换器,不需要外接A/D转换器,并且还具有丰富的可编程多路复用I/O引脚。
3.软件编程灵活,可采用C语言与汇编语言混合编程
所以根据实际需要我们选择了定点型的DSP芯片。
键盘显示部分:
HD7279A是一种管理键盘和LED显示器的专用智能控制芯片。HD7279A内部含有译码器,可直接接受BCD码或者16进制码,同时具有2种译码方式,此外,还具有多种控制指令,如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。它能对8位共阴极LED显示器或64个LED发光管进行管理和驱动,同时能对多达8 * 8的键盘矩阵的按键情况进行监视,具有自动消除键抖动并识别按键代码的功能,从而可以提高CPU工作的效率,HD7279A和微处理器之间采用串行接口,其接口电路和外围设备简单,占用口线少,加之它具有较高的性能价格比,而其它芯片如8255等没有自动消抖等功能,有较高的性能价格比,因此,在微型控制器,智能仪表,控制面板和家用电器等领域中日益获得广泛的应用,所以采用HD7279。
传感器:
方案一:在过去的测温系统中,通常采用AD590是已作过校正的二端温度传
感器,具有一定的测量精度,但是AD590是模拟器件,硬件电路设计与测试复杂,
在整个测温段线形不是很好,所以很难满足任务书的±0.3℃的要求。
方案二:在本系统中,采用DS1820温度传感器。
DS1820温度传感器特性如下:
(1)独特的单线接口方式,DS1820在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS1820的双向通讯。
(2)DS1820支持多点组网功能,多个DS1820可以并联在唯一的三线上,实现多点测温。
(3)DS1820在使用中不需要任何外围元件。
(4)测温范围-55℃~+255℃,固有测温分辨率0.5℃。
(5)测量结果以9位数字量方式串行发送。
选用DS18B20数字式温度传感器,无需任何外围电路即可实现温度检测,硬件设计及调试简单方便,DS18B20片内具有自校正功能,绝对精度高,最高可达到0.01℃,能够满足任务书的要求。
后向通道:
继电器/加热炉:通过光电偶合器来控制继电器的开关来完成对加热炉的控制,由于故态继电器是由故态元件组成的无触电开关器件。这种结构特点决定了它比电磁继电器电器工作可靠,寿命长,对外干扰小,能与逻辑电路兼容,抗干扰能力强,开关速度快,使用方便。故态继电器