基于單片機(jī)的電阻爐溫度報(bào)警電路設(shè)計(jì)

王瑾　袁戰(zhàn)軍

摘 要：溫度報(bào)警電路是電阻爐溫度控制系統(tǒng)的重要組成部分。針對(duì)電阻爐溫度控制系統(tǒng)的實(shí)際報(bào)警要求，文章分析了幾種常用的報(bào)警電路，提出了一種基于A(yíng)T89S52單片機(jī)的溫度音樂(lè)報(bào)警電路設(shè)計(jì)方案。詳細(xì)介紹了音樂(lè)報(bào)警電路和越限報(bào)警控制程序的設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，該報(bào)警電路可以有效地進(jìn)行電阻爐溫度的上、下限報(bào)警和工作狀態(tài)指示，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性?xún)r(jià)比高、音量可調(diào)、音樂(lè)優(yōu)美等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：溫度控制；報(bào)警電路；AT89S52單片機(jī)；越限報(bào)警

自動(dòng)控制系統(tǒng)中，為了保證生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)環(huán)境和工作人員的安全，對(duì)于一些重要參數(shù)和系統(tǒng)關(guān)鍵部位，都要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并設(shè)計(jì)緊急狀態(tài)報(bào)警電路；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，指示故障準(zhǔn)確位置，以便工作人員采取措施，保障系統(tǒng)安全。

在一個(gè)電阻爐溫度控制系統(tǒng)中，需要對(duì)電阻爐溫度進(jìn)行在線(xiàn)檢測(cè)，當(dāng)電阻爐溫度超過(guò)所設(shè)置的上、下限溫度值時(shí)，系統(tǒng)可以控制報(bào)警電路進(jìn)行相應(yīng)的越限報(bào)警。因此，文章針對(duì)電阻爐溫度控制系統(tǒng)的實(shí)際報(bào)警要求，進(jìn)行了溫度報(bào)警電路的設(shè)計(jì)。

1 越限報(bào)警原理

越限報(bào)警是自動(dòng)控制系統(tǒng)中最常見(jiàn)的一種報(bào)警方式，分為上限報(bào)警、下限報(bào)警和上下限報(bào)警。報(bào)警參數(shù)可以是被測(cè)參數(shù)、被控參數(shù)、輸入偏差及控制量等；設(shè)需要判斷的報(bào)警參數(shù)為X，該參數(shù)的上限值為Xmax，下限值為Xmin，則有如下三種越限報(bào)警情況：

（1）上限報(bào)警。如果X>Xmax，則發(fā)出上限報(bào)警信號(hào)，否則繼續(xù)執(zhí)行原程序。

（2）下限報(bào)警。如果X

（3）上下限報(bào)警。如果X>Xmax，則發(fā)出上限報(bào)警信號(hào)；否則判斷是否X

設(shè)計(jì)報(bào)警程序時(shí)，為了避免測(cè)量值在極限值附近來(lái)回?cái)[動(dòng)而造成頻繁報(bào)警，因此在上、下限值附近設(shè)置了一個(gè)回差帶，則越限報(bào)警范圍如圖1所示。

圖1中，H、L分別為上限回差帶寬和下限回差帶寬。當(dāng)測(cè)量值超過(guò) A 點(diǎn)（越上限報(bào)警值）時(shí)，才算越上限，設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志位，輸出越上限報(bào)警信號(hào)；而當(dāng)測(cè)量值回復(fù)到 B 點(diǎn)（越上限復(fù)位值）以下時(shí)，進(jìn)行越上限復(fù)限，撤銷(xiāo)越上限標(biāo)志和停止報(bào)警。同理，當(dāng)測(cè)量值向下超過(guò) C 點(diǎn)（越下限報(bào)警值）時(shí)，才算越下限，設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志位，輸出越下限報(bào)警信號(hào)；而當(dāng)測(cè)量值回復(fù)到 D 點(diǎn)（越下限復(fù)位值）以上時(shí)，進(jìn)行越下限復(fù)限，撤銷(xiāo)越下限標(biāo)志和停止報(bào)警。

2 報(bào)警電路的選擇

在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，通?？梢圆捎寐?、光、語(yǔ)言等信號(hào)進(jìn)行報(bào)警，根據(jù)報(bào)警信號(hào)的不同報(bào)警電路可以分為以下三種類(lèi)型：一是閃光報(bào)警，即通過(guò)閃爍的指示燈引起工作人員注意；通常采用單片機(jī)的一個(gè)I/O口線(xiàn)驅(qū)動(dòng)LED，只要該I/O口線(xiàn)發(fā)出一定頻率的高、低電平信號(hào)，即可使LED閃爍。二是語(yǔ)音報(bào)警，通過(guò)語(yǔ)音播放，可以給工作人員提供報(bào)警對(duì)象的具體信息，但是電路設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，需要用到語(yǔ)音錄放芯片。三是鳴音報(bào)警，即通過(guò)發(fā)出特定的鳴音，引起工作人員的警覺(jué)；鳴音報(bào)警的方法包括兩種，一種是蜂鳴音報(bào)警，另一種是音樂(lè)報(bào)警。

由于蜂鳴音報(bào)警電路簡(jiǎn)單實(shí)用，可滿(mǎn)足一般音響報(bào)警的需要，但是不足之處在于采用壓電鳴音元件，音量較小，音調(diào)單一且不可調(diào)整；而音樂(lè)報(bào)警電路與單片機(jī)系統(tǒng)連接時(shí)，方便易行，并且報(bào)警聲優(yōu)美動(dòng)聽(tīng)。綜合考慮以上情況，本系統(tǒng)報(bào)警電路在設(shè)計(jì)時(shí)采用音樂(lè)報(bào)警電路。

3 音樂(lè)報(bào)警電路的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的音樂(lè)報(bào)警電路如圖2所示。該電路具有燈光指示和音樂(lè)報(bào)警兩個(gè)功能，圖中，AT89S52單片機(jī)P1.0引腳用于控制下限報(bào)警，P1.1引腳用于控制上限報(bào)警，P1.2引腳用于指示系統(tǒng)正常工作；同時(shí)，P1.0、P1.1、P1.2引腳分別連接了一個(gè)紅色、黃色、綠色發(fā)光二極管，用于指示系統(tǒng)的當(dāng)前工作狀態(tài)。

系統(tǒng)的音樂(lè)報(bào)警電路包括兩部分，一部分是“樂(lè)曲發(fā)生器”電路，由集成電子音樂(lè)芯片7920A組成；另一部分是“放大電路”，采用集成放大器M51182L，可以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出樂(lè)曲報(bào)警聲，音量可由10KΩ電位器調(diào)整。

電路工作原理如下：AT89S52單片機(jī)的P1.0、P1.1引腳相“或”后，與“樂(lè)曲發(fā)生器”7920A的輸入端MT相連接；當(dāng)“或”門(mén)輸出高電平時(shí)，經(jīng)電阻分壓，“樂(lè)曲發(fā)生器”的輸入端MT變?yōu)?.5V高電平，輸出端Vout便可輸出樂(lè)曲信號(hào)；經(jīng)M51182L放大后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出樂(lè)曲報(bào)警聲。反之，當(dāng)“或”門(mén)輸出低電平時(shí)，“樂(lè)曲發(fā)生器”7920A因MT輸入低電平而關(guān)閉，停止揚(yáng)聲器奏樂(lè)。AT89S52的P1.1、P1.0引腳的輸出電平由接口電路的控制程序決定。報(bào)警控制程序包含兩個(gè)子程序，一個(gè)是啟動(dòng)報(bào)警子程序，另一個(gè)是停止報(bào)警子程序；當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到電阻爐溫度超過(guò)上限值或下限值時(shí)，就調(diào)用一次啟動(dòng)報(bào)警子程序時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警樂(lè)曲聲，直到調(diào)用一次停止報(bào)警子程序，樂(lè)曲才結(jié)束。

4 越限報(bào)警控制程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)越限報(bào)警控制程序流程如圖3所示。其程序設(shè)計(jì)思想為：首先，電阻爐溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行爐溫采樣，并將采樣值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字濾波。其次，將處理過(guò)的爐溫?cái)?shù)字量與設(shè)定的爐溫越上限報(bào)警值相比較，如果越上限，就給越上限標(biāo)志位置1，并輸出聲光報(bào)警信號(hào)；否則，取設(shè)定的爐溫越上限復(fù)位值。接著，將爐溫?cái)?shù)字量與爐溫越上限復(fù)位值相比較，如果小于該值，就復(fù)位上限，并將越上限標(biāo)志位清零，撤消聲光報(bào)警信號(hào)；否則，返回主程序。同理，將爐溫?cái)?shù)字量分別與越下限報(bào)警值、越下限復(fù)位值相比較，來(lái)判斷程序是否需要進(jìn)行越下限報(bào)警或者復(fù)位下限。最后，當(dāng)上述報(bào)警程序處理完畢后，返回主程序。

5 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，將所設(shè)計(jì)的溫度報(bào)警電路應(yīng)用于電阻爐溫度控制系統(tǒng)中，并且設(shè)定溫度的上、下限值分別為80℃、30℃，上限回差帶寬H和下限回差帶寬L均為10℃，當(dāng)對(duì)電阻爐分別多次進(jìn)行通電加熱升溫和斷電自然降溫操作時(shí)，測(cè)試爐溫報(bào)警電路的工作情況。結(jié)果表明，當(dāng)檢測(cè)到爐溫超過(guò)爐溫越上限報(bào)警值85℃時(shí)，報(bào)警電路的黃色二極管L2發(fā)光，并發(fā)出音樂(lè)報(bào)警信號(hào)；當(dāng)檢測(cè)到爐溫下降并低于爐溫越上限復(fù)位值75℃時(shí)，綠色二極管L1發(fā)光，并停止音樂(lè)報(bào)警信號(hào)；當(dāng)檢測(cè)到爐溫低于爐溫越下限報(bào)警值25℃時(shí)，紅色二極管L3發(fā)光，并發(fā)出音樂(lè)報(bào)警信號(hào)；當(dāng)檢測(cè)到爐溫上升并超過(guò)爐溫越下限復(fù)位值35℃時(shí)，綠色二極管L1發(fā)光，并停止音樂(lè)報(bào)警信號(hào)。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的報(bào)警電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性?xún)r(jià)比高、音量可調(diào)、音樂(lè)優(yōu)美等優(yōu)點(diǎn)，可有效進(jìn)行電阻爐溫度的上、下限報(bào)警和工作狀態(tài)指示。

6 結(jié)束語(yǔ)

溫度報(bào)警電路是電阻爐溫度控制系統(tǒng)的重要組成部分之一，文章以AT89S52單片機(jī)為微處理器，實(shí)現(xiàn)了電阻爐溫度報(bào)警電路的設(shè)計(jì)。重點(diǎn)介紹了音樂(lè)報(bào)警電路和報(bào)警控制程序的設(shè)計(jì)方法。實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)報(bào)警電路能較好地完成系統(tǒng)的聲光報(bào)警要求，報(bào)警音量大小可調(diào)節(jié)，報(bào)警音樂(lè)優(yōu)美。同時(shí)，該報(bào)警電路設(shè)計(jì)具有一定通用性，也可用于其它控制系統(tǒng)的報(bào)警電路設(shè)計(jì)中。

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作者簡(jiǎn)介：王瑾（1974-），女，陜西咸陽(yáng)人，碩士，副教授。研究方向：計(jì)算機(jī)控制及電子信息。