基于SPCE061A的水溫監控系統設計

摘要：采用單片機SPCE061A作為溫度監控核心部件，結合PT100傳感器完成對水溫的采樣，通過數字濾波技術消除系統的干擾還原當前的溫度值，并且對采集到的溫度值進行比例積分微分運算處理，實現了一種水溫監控系統的設計。測試結果表明，該系統具有良好的溫控能力。
關鍵詞：SPCE061A；單片機；溫度控制；PID；Pt100

溫度控制無論在工業控制領域還是消費電子領域應用都非常廣泛，如工業控制中的鍋爐、加熱爐的控制，消費電子領域的熱水器、飲水機的控制。內部都涉及到溫度控制。且目前控制算法的豐富也為溫度控制提供了便利條件，應用較為普遍地有比例積分微分(PID)控制、模糊控制等。

1 系統硬件設計
本系統以SPCE061A為控制核心，包括傳感器電路、鍵盤和顯示電路、繼電器控制電路和UART通信電路4大模塊。利用SPCE061A自帶的10位A／D轉換器，結合PT100溫度傳感器完成對水溫的采樣，通過數字濾波等技術消除系統的干擾因素還原當前的溫度值，通過數碼管顯示出來，并且對采集到的溫度值進行PID運算處理．實現對水溫的控制。除此之外，系統還要實現PC機與單片機的上下位機通信功能，在PC機上實時顯示溫度加熱曲線。系統整體框圖如圖1所示。

1．1 SPCE061A核心控制器
SPCE061A是一款16位u'nspTM內核的微控制器，該微控制器不僅能夠實現基本控制功能同時還具有一些DSP功能。該芯片內嵌32k的Flas-hROM和2 k字的SRAM，同時還集成了ADC、DAC、AGC放大電路等，是一顆功能強大的SOC芯片。該芯片擁有8路10位精度的ADC，其中一路為音頻轉換通道，另外7路可作為普通的AD轉換通道。它可以實現簡單的加減運算，為了處理復雜的算術運算還添加了硬件乘法器，能夠進行n項內積運算。最高系統時鐘可達到49 MHz，較高的處理速度使SPCE061A能夠非常容易快速地進行復雜的算術邏輯運算。本系統所采用的是61板，而61板就是SPCE061的開發系統，61板除了具有單片機最小系統外，還有電源電路、音頻電路、復位電路和按鍵等。
1．2 傳感器電路
傳感器電路包括測量電橋和放大電路兩部分，如圖2所示。

本系統的溫度傳感器采用鉑熱電阻溫度傳感器PT100，鉑熱電阻的物理化學性能在高溫和氧化性介質中很穩定，它能用作工業測溫元件，且此元件線性較好，在0～100℃時，最大非線性偏差小于0．5℃。R2、R3、R和PT100組成傳感器測量電橋，為了保證電橋輸出電壓信號的穩定性，電橋的輸入電壓通過TL431穩至2．5 V。從電橋獲取的差分信號通過兩級運放放大后輸入單片機。電橋的一個橋臂采用可調電阻R3，通過調節R3可以調整輸入到運放的差分電壓信號大小，通常用于調整零點。
放大電路采用LM358集成運算放大器，為了防止單級放大倍數過高帶來的非線性誤差，放大電路采用兩級放大，如圖2所示，前一級約為10倍，后一級約為3倍。溫度在0～100℃變化，當溫度上升時，PT100阻值變大，輸入放大電路的差分信號變大，放大電路的輸出電壓AV對應升高。