2.3 控制方式

该控制系统是把输出量检测出来，经过物理量的转换，再反馈到输入端去与给定量 进行比较（综合），并利用控制器形成的控制信号通过执行机构SSR对控制对象进行控

制，抑制内部或外部扰动对输出量的影响，减小输出量的误差，达到控制目的。在此控

制系统中单片机就相当于常规控制系统中的运算器控制器，它对过程变量的实测值和设

定位之间的误差信号进行运算然后给出控制信息，单片机的运算规则称为控制法则或控

制算法。

第三章 系统硬件设计

3.1 总体设计框图及说明

本系统是一个简单的单回路控制系统，总体框图如图2所示。 单片机系统是整个

控制系统的核心，AT89C51可以提供系统控制所需的I/O口、中断、定时及存放中间结

果的RAM电路；前向通道是信息采集的通道，主要包括传感器、信号放大、A/D转换

等电路；由于水温变化是一个相对缓慢的过程，因此前向通道中没有使用采样保持电路；

信号的滤波可由软件实现，以简化硬件、降低硬件成本。

9

键盘设定：用于温度设定，共三个按键。

数据采样：将由传感器及相关电路采集到的温度转为电压信号，经A/D转

换后，送入AT89C51相应接口中，换算成温度值，用于控制和显示。

数据显示：采用了共阴极数码管LED进行显示设置温度与测量温度。

继电器/加热棒：通过三极管控制继电器的开关来完成对加热棒的控制。

3.2 外部电路设计

3.2.1 温度采集电路

采用温度传感器铂电阻Pt1000,对于温度的精密测量而言,温度测量部分是

整个系统设计的第一步。温度传感器的选择是这块电路的关键，它是直接影响

整个系统的性能与效果的关键因素之一。这里采用的是精密级铂电阻温度传感

器Pt1000，它的金属铂含量达99. 9999%，因为铂电阻的物理和化学性能在高

温和氧化介质中很稳定、价格又便宜，常用作工业测量元件，以铂电阻温度计

作基准器线性好，温度系数分散性小，在0～100摄氏度时，最大非线性偏差小

于0.5摄氏度，性能稳定，广泛用于精密温度测量和标定。 铂热电阻与温度关系式

，其中：

Rt--温度为t摄氏度时的电阻； R0--温度为0摄氏度时的电阻；

A、B--温度系数 A=3.94*102/℃；其中；T--任意温度。

3.2.2 温度控制电路

此部分通过控制继电器的通断从而控制加热棒，采用对加在加热棒两端的电压进行

通断的方法进行控制，以实现对水加热功率的调整，从而达到对水温控制的目的，即在

10

闭环控制系统中对被控对象实施控制。

此部分的继电器采用的是SSR继电器，即固态继电器，主要由输入（控制）电路，

驱动电路和输出（负载）电路三部分组成。固态继电器的输入电路是为输入控制信号提

供一个回路，使之成为固态继电器的触发信号源。固态继电器的输出电路是在触发信号

的控制下，实现固态继电器的通断切换。输出电路主要由输出器件（芯片）和起瞬态抑

制作用的吸收回路组成，固态继电器（SSR）是一种全电子电路组合的元件，它依靠半

导体器件和电子元件的电、磁和光特性来完成其隔离和继电切换功能。

图5是它的工作原理框图，图11中的部件①-④构成交流SSR的主体，从整体上看，

SSR只有两个输入端（A和B）及两个输出端(C和D)，是一种四端器件。工作时只要

在A、B上加上一定的控制信号，就可以控制C、D两端之间的“通”和“断”，实现“开关”

的功能。

由于开关电路在不加特殊控制电路时，将产生射频干扰并以高次谐波或尖峰等污染

电网，为此特设“过零控制电路”。为使其实现过零控制，就是要实现工频电压的过零检

测，并给出脉冲信号，由单片机控制可控硅过零脉冲数目。当在其输入端加入控制信号

时，输出端接通，从而使得加热棒加热以致温度上升；当此时撤离控制信号时，输出端

断开，而使加热棒停止加热从而温度下降。

11

3.3 单片机系统电路设计

3.3.1系统框图

3.3.2 A/D转换电路

ADC0804是CMOS集成工艺制成的逐次比较型A/D转换器芯片。分辨率为8位，

转换时间为100μs，输出电压范围为0～5V，增加某些外部电路后，输入模拟电压可为

12