基于C8O51F04O單片機的溫度遙測遙控系統

2 硬件設計
系統硬件主要由C8051F040單片機最小系統、PTR2000無線通信模塊、TCA785移相調壓控制模塊、Ptl00測溫模塊、WDK505測液位模塊等組成。
2．1 C8051F040單片機最小系統
最小系統以單片機C8051F04O為核心，包括晶體振蕩電路、復位電路、抗干擾電路、電壓基準電路和電源部分。C805lF040單片機是美國Cygnal公司生產的完全集成的混合信號系統級芯SoC。它具有64kB Flash、4352BRAM、CAN控制器2．0、兩個串行接口、5個16位定時器、12位A／D轉換器、8位A／D轉換器及12位D／A轉換器等，它內部還帶有JTAG接口，使調試變得非常方便。
2．2 PTR2000無線通信模塊
該器件將接收和發射合接為一體，工作頻率為國際通用的數傳頻段433MHz；采用FSK調制／解調，可直接進入數據輸入／輸出，抗干擾能力強。該模板塊在內部集成了高頻接收、PLL合成、FSK調制／解調、參量放大、功率放大、頻道切換等功能。通信距離可以滿足設計要求，設計電路中將PTR2000的一部分通過MAX232進行電平轉換后與計算機串口連接，另一部分與最小系統連接。
2. 3 TCA 785移相調壓控制模塊
加熱模塊采用移相觸發集成觸發器來實現。觸發器TCA785過零點的識別能力高，移相范圍更寬，輸出脈沖的整齊度更好，可使受控元件在0V到220V無級改變，常用于對精度要求高，受控環境惡劣的條件下。移相觸發是通過改變電壓調節導通角來實現調壓，負載兩端的電壓及平均功率是隨移相觸發角的變化而變化的。在可控硅的每個正或負的周期中都有保持通、斷的部分，即輸出連續可調，能適應各種性質的負載。本系統為加熱單元設置了總控開關，上位機可直接控制開關的通斷，用燈泡顯示開關狀態。其控制原理圖見圖2。

2．4 Ptl00測溫模塊
Ptl00溫度傳感器為正溫度系數熱敏電阻傳感器，具有抗振動、穩定性好、準確度高、耐高壓等優點。鉑熱電阻的線性較好，在0到100℃之間變化時，最大非線性偏差小于0．5℃。鉑熱電阻阻值與溫度關系為：

式中，A=0．00390802；B=-0．000000580；其阻值表達式可近似簡化為：Rpt00=100×(1+At)，當溫度變化1℃，Ptl00阻值近似變化0．39 Ω。
2．5 WDK505測液位模塊
采用WDK505壓力變送器測量液位。該儀器具有防結露、防雷擊設計，抗干擾能力強，長期穩定性好等優點。芯片置于全不銹鋼殼體內堅固密封，可靠性好，精度高。

3 軟件設計
此系統的主要任務是對C8051F040芯片的初始化和各種參數的設置和通信，并顯示。重點是超調量控制、溫度控制PID實現以及上位機軟件的編寫。
3．1 超調量控制
實驗表明，水溫控制系統中，采用一般的控制始終具有較大的超調，只能靠自然冷卻，這就使得調節時間大大延長。因此，在水溫控制系統中要縮短調節時間，就必須做到基本無超調。通過反復實驗，采用在程序中加入PID算法以及模糊控制方法進行溫度控制。實踐證明，這種控制方式可以加快系統階躍響應，減小超調量，并且具有較高的溫度控制精度。
3．2 上位機軟件
上位機軟件利用VC++編寫，可以設置2個通道的上、下限溫度和液位，以及溫度和液位的實時顯示和溫度隨時間變化曲線。上位機軟件可以打印溫度曲線，可以全圖打印，也可以局部打印，還可以隨時查看歷史數據。其界面如圖3所示。