基于soc单片机的模糊温度测控系统设计37529new

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1、万方数据技改与创新化工自动化及仪表,2010,37(9):125—127ControlandInstrumentsinChemicalIndustry基于SOC单片机的模糊温度测控系统设计陈伟,邢梅香(洛阳理工学院电气工程与自动化系,河南洛阳471023)摘要:提出一种基于SOC单片机的模糊温度测控系统的设计方案。采用SOC型单片机MSP430F149为控制核心,利用MSP430F149片内资源,实现温度采集信号的放大、ADC转换处理、PWM驱动控制等功能,以最小的硬件结构完成模糊温度闭环控制。同时,

2、应用RS-485通讯协议,实现上位机与底层控制节点之间可靠的数据通讯。关键词:温度控制;模糊控制;SOC单片机;RS-485中图分类号:TP273文献标识码:B文章编号:1000-3932(2010)09-0125-031引言现代工业生产中,温度、压力、流量、流速等过程检测参数是工业过程控制中主要的被控参数,这些参数的稳定直接关系到产品质量的好坏。温度是极为普遍又极为重要的热工参数之一,温度控制一般指对某一特定空间的温度进行控制调节,使其达到并满足工艺过程的要求。但是由于温度控制对象通常都存在较大的纯

3、滞后,高精度的温度控制仍然是比较困难的。SOC技术是一种高度集成化、固件化的系统集成技术,使用SOC技术设计控制系统的核心思想,就是要把整个应用电子系统全部集成在一个芯片中,即通过一个核心控制芯片完成对现场数据的采集、处理和相应控制算法的实现,与通用的MCU控制系统相比,SOC控制系统不仅能减少系统的体积、降低系统功耗,而且还可以显著提高控制系统的可靠性。MSP430系列单片机是美国1’I公司推出的一款超低功耗、功能强大的16位Flash单片机,采用了精简指令集(RISC)结构,有较高的处理速度,具有

4、五种低功耗模式(LPM0一LPM4),在等待方式下,MSP430单片机的耗电仅为0.7IxA;集成了高性能的10/12位ADC、16位定时器,可以满足各种控制要求的PWM接口和I/O模块,从而为控制系统的SOC解决方案提供了极大的方便【1。’。2系统总体结构SOC模糊温度网络控制系统主要是由上位管理计算机和若干工业现场温度控制节点等组成,温度控制系统的通讯总线采用RS-485总线,总线的拓扑结构采用总线式结构,物理介质采用双绕线,以实现对生产现场的数据采集、设备控制、参数调节以及各类信号报警等功能。同

5、时为了便于系统的扩展,在现场温度控制节点地址分配上预留了~定空间,系统总体结构如图1所示。图lSOC模糊温度控制系统结构框图现场温度控制节点的核心芯片选用1'I公司的MSP430F149,这是一款具有较高性价比的SOC型单片机,其工作电压范围是1.8—3.6V;为具有两个16位定时器、八通道12位AVD转换器(ADC)、两个通用同步/异步触发控制器、48个I/O口(均可独立控制)的微处理器结构,同时具有60KB的FLASH和2KB的RAM,这为控制系统的开发、设计提供了较大的便利性B1。PC机与现场温

6、度控制节点的通信采用RS-485总线,由于RS-485总线是主从通讯方式,现场温度控制节点在接到PC机的数据发送指令时,才把相关数据信息发送到PC机,以提高温度控制系统的实时性和快速性。3现场控制节点的功能模块设计现场温度控制节点由温度数据采集模块、输出收稿日期:2010-07.15(修改稿)万方数据·126·化工自动化及仪表第37卷控制模块、LCD显示模块以及RS-485通讯模块组成,可实现温度数据的采集、在线处理及数据远传。3.1数据采集模块Ptl00是利用其电阻和温度成一定函数关系而制成的温度传

7、感器,在一200—850℃的测温范围内,Ptl00是精度最高的温度元件之一,同时Ptl00还具有耐氧化能力强、离散性小、稳定性和复现性好、响应快速等特点,这些特征使得Ptl00在工业控制领域得到广泛的应用一-。在具体应用中,Ptl00常用的接线方式有两线制、三线制和四线制,其中三(四)线制的接法通过将Ptl00两侧的引线电阻分别加在平衡电桥的两侧桥臂上,消除引线电阻对温度检测的影响p。。在本系统中Ptl00的检测电路采用一种简化的三线制接法,具体检测电路如图2所示。Ptl00检测电路中采用TIA31设

8、计电压基准源,同时为了避免Ptl00上电流过大,产生新的附加误差,在电压基准源的输出电压采用输出可调设计,其输出电压可以根据实际进行调整。在0℃时,Ptl00两端的压降为‰。,而随着温度升高,Ptl00的阻值增大,其两端的压降为匕心,则Ptl00因温度变化引起的电压变化为:肌%也。=揣%一彘%=雨R瓦R篇AR啬R而4-R%(1)(1+t∞+)(1-∞)。一、‘7式中:AR——Ptl00的变化值;k——电压基准源的输出电压。由于工业现场存在较强的干扰源,为

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