退火爐自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘 要退火爐是金屬熱處理中的重要設(shè)備，而溫度是退火爐的主要被控變量，是保證其產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要因素。因此，退火爐溫度控制的穩(wěn)定性和控制精度直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。所以，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的退火爐溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了溫度的自動(dòng)控制。本控制系統(tǒng)是采用AT89S52單片機(jī)為核心，對(duì)退火爐溫度和燃料流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。由按鍵設(shè)定溫度初值，通過溫度和流量傳感器進(jìn)行信號(hào)的采集，由AD574對(duì)其電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)。通過AT89S52單片機(jī)和LCD1602液晶顯示屏處理和實(shí)時(shí)顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)。當(dāng)所有設(shè)定值設(shè)定結(jié)束后，通過DAC8420將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行閥門大小的調(diào)節(jié)即流量調(diào)節(jié)，

2、進(jìn)而改變爐內(nèi)溫度，實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制。軟件部分采用一種新型的智能控制方法，大林算法來控制系統(tǒng)的溫度、流量。其最突出的優(yōu)點(diǎn)是具有專門針對(duì)大滯后系統(tǒng)設(shè)計(jì)的算法。此算法具有消除余差、對(duì)純滯后有補(bǔ)償作用等特點(diǎn)，能夠達(dá)到良好控制效果。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)退火爐的溫度、燃料的流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。它不但工程造價(jià)較低、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低，而且是一種簡(jiǎn)便、可靠、經(jīng)濟(jì)、快速的退火方法。 關(guān)鍵詞：退火爐；數(shù)據(jù)采集；大林算法；單片機(jī)AbstractAnnealing is an important metal heat treatment equipment, and annealing temperature is

3、the main controlled variable to ensure the quality of their products. Therefore, the furnace temperature control stability and control accuracy directly affects the quality of products. So, this graduation project is designed based on single-chip furnace temperature control system to achieve automat

4、ic control of temperature.The MCU AT89S52 is used to the center of the control system , the annealing furnace temperature and fuel flow is real-timely monitered.Initial temperature is setted by the key.It is used the temperature transducer and flow transducer to aquire the signal .It is changed from

5、 the voltage signals to the digital signal by useing the AD574 .Processing and real-time display the corresponding data by useing the MCU AT89S52 and LCD1602 display . When the setting is completed all settings, the digital signal is converted by DAC8420 into an analog signal to drive the electric c

6、ontrol valve is the valve flow control regulation of the size, thereby changing the furnace temperature, automatic temperature control. Software part uses a new type of intelligent control method to control the system Dahlin temperature, flow. Its most prominent advantage is a system designed specif

7、ically for large delay algorithms. This algorithm has to eliminate residual error, there is compensation for pure lag effect and other characteristics, can achieve good control effect.The annealing temperature, fuel flow rate for real-time monitoring is realized in the system.It is not only lower co

8、stproject, simple operation and maintenance, low operating costs, but also it is a simple, reliable, economical, rapid annealing method.Key words：annealer；date acquisition；computing control ；MCU目 錄第1章 緒 論11.1 課題研究的背景及意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展21.3 本文研究的主要內(nèi)容2第2章 方案設(shè)計(jì)及論證32.1 方案設(shè)計(jì)32.2 方案論證6第3章 硬件電路設(shè)計(jì)93.1 溫度傳感器的

9、選擇93.2 氣體流量傳感器的選擇113.3 控制閥門的選擇123.4 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇133.5 D/A轉(zhuǎn)換器的選擇143.6 單片機(jī)的選擇163.7 8255擴(kuò)展I/O口的設(shè)計(jì)163.8 電源電路的設(shè)計(jì)183.9 晶振電路的設(shè)計(jì)193.10 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)203.11 溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)213.12 I/V轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)223.13 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的設(shè)計(jì)243.14 A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)243.15 D/A轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)263.16 鍵盤電路的設(shè)計(jì)263.17 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)283.18 顯示電路的設(shè)計(jì)28第4章 軟件設(shè)計(jì)304.1 主程序系統(tǒng)流程圖304.2 溫度檢測(cè)系統(tǒng)流程圖314.3

10、 流量檢測(cè)系統(tǒng)流程圖314.4 鍵盤系統(tǒng)流程圖324.5 A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)流程圖334.6 LCD顯示系統(tǒng)流程圖344.7 控制量輸出程序流程圖354.8 大林算法系統(tǒng)流程圖354.9 燃料配比系統(tǒng)流程圖37第5章 結(jié) 論38參考文獻(xiàn)39致 謝40附 錄I41附 錄II43附 錄III59第1章 緒 論1.1 課題研究的背景及意義退火爐是冶金和機(jī)械行業(yè)經(jīng)常會(huì)用到的熱處理工業(yè)設(shè)備。一般說來，退火處理是生產(chǎn)冶金和機(jī)械產(chǎn)品的最后處理工序，它的處理效果將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，對(duì)于退火爐的基本要求就是根據(jù)退火處理工藝曲線，提供準(zhǔn)確的升溫，保溫及降溫操作，同時(shí)保證退火爐內(nèi)各處的溫度均勻。在目前實(shí)際生產(chǎn)中

11、，退火爐的種類很多，按燃料分有燃油爐、燃?xì)鉅t、電爐等。電爐按臺(tái)數(shù)計(jì)算占80%，燃油爐和燃?xì)鉅t占20%。研究退火爐的意義在于退火是金屬熱處理中的重要工序，它的處理效果將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。退火是將金屬緩慢加熱到一定溫度并保持足夠時(shí)間，然后以適宜速度冷卻（通常是緩慢冷卻，有時(shí)是控制冷卻）的一種金屬熱處理工藝。目的是使經(jīng)過鑄造、鍛軋、焊接或切削加工的材料或者工件軟化，使其化學(xué)成分均勻化，改善其塑性和韌性，并去除其參與應(yīng)力，或者得到預(yù)期的物理性能。溫度控制是熱處理質(zhì)量控制的重要技術(shù)措施，是退火控制的核心。智能溫度控制將大大提高熱處理質(zhì)量，消除人為的不穩(wěn)定因素，提高溫度控制的精確程度，滿足特殊材料的熱處

12、理要求。所以，本設(shè)計(jì)研究的單片機(jī)退火爐溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。退火爐采用自動(dòng)化技術(shù)控制溫度，對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境方面也具有重要意義。退火爐的爐溫動(dòng)態(tài)特性直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，生產(chǎn)過程中對(duì)鋼材等退火原料的溫升曲線有較高的要求，溫度過低，達(dá)不到退火的預(yù)期目的；溫度過高將導(dǎo)致過熱，甚至過燒。通過對(duì)退火爐中生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制和自動(dòng)工藝管理控制，不但可以縮短生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)量和質(zhì)量，還可以減少人為因素造成的廢品率。熱處理后產(chǎn)生的廢氣對(duì)自然環(huán)境的污染很大，退火爐的燃料如果是欠氧燃燒，燃料燃燒不充分，則會(huì)產(chǎn)生大量黑煙，而過氧燃燒又會(huì)產(chǎn)生氮氧化合物等有害氣體。若通過對(duì)燃燒過程進(jìn)行有效控制，使燃燒在合理的空

13、燃比下進(jìn)行，則可以極大的減少退火爐對(duì)周邊環(huán)境的污染，對(duì)構(gòu)建科持續(xù)發(fā)展型社會(huì)就有積極的意義。 目前世界各國對(duì)能源消耗和大氣環(huán)境的污染越來越重視，而我國既是鋼鐵大國又是能源大國，因此，研究高性能退火爐溫度控制系統(tǒng)具有極為重要的意義。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展 隨著工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，國內(nèi)外退火產(chǎn)品的規(guī)格和產(chǎn)量都在不斷地增加，在保證退火產(chǎn)品力學(xué)性能和組織結(jié)構(gòu)符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求的條件下，如何提高退火爐設(shè)備的性能指標(biāo)，降低能耗引起了國內(nèi)外工業(yè)行業(yè)廣泛的重視。近二三十年來，一些發(fā)達(dá)的工業(yè)國家從熱處理爐結(jié)構(gòu)、熱源、溫控系統(tǒng)以及退火工藝等方面進(jìn)行了大量的研究工作，開發(fā)了許多新產(chǎn)品，如高溫軸流通風(fēng)機(jī)，卡口式加熱

14、元件等等。在提高產(chǎn)品的加熱速度、改善爐溫的均勻性、提高退火產(chǎn)品的質(zhì)量、降低能耗和提高退火爐的綜合技術(shù)性能等方面取得了很好的效果。在國內(nèi)，退火爐的平均熱效率為58%，比工業(yè)發(fā)達(dá)國家的80%約低22個(gè)百分點(diǎn)。鋼鐵退火爐的容量一般為1040噸。通常，每年生產(chǎn)1kt鋼鐵需要配備1520噸的退火爐1臺(tái)。退火爐用的能源有電力，柴油，天然氣，煤氣。爐型有批量式的與連續(xù)式的，在板、帶、箔材生產(chǎn)過程中退火工序是必不可少的，線材的拉制也必須經(jīng)過退火，高強(qiáng)度鋁合金管、棒、型材的生產(chǎn)也需要退火。1998年國內(nèi)約有860臺(tái)退火爐，其中現(xiàn)代化的空氣循環(huán)批量退火爐約180臺(tái)，80%都集中在鋼鐵企業(yè)。自1985年以后，全世界

15、就沒有建立連續(xù)式氣墊退火爐，因?yàn)橥顿Y大，同時(shí)現(xiàn)代化的強(qiáng)氣流循環(huán)的大型批量退火爐在技術(shù)上能完全能滿足生產(chǎn)要求，而且單位產(chǎn)品的能耗也低一些。所以，退火爐發(fā)展前景良好。1.3 本文研究的主要內(nèi)容本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是一個(gè)基于單片機(jī)的退火爐自動(dòng)控制系統(tǒng)，根據(jù)需要選擇單片機(jī)為系統(tǒng)的控制核心，對(duì)退火爐的溫度、流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。利用溫度、流量傳感器及信號(hào)處理單元將檢測(cè)到的溫度、流量信號(hào)進(jìn)行處理后傳到主控電路上，再經(jīng)過主控電路處理之后送到顯示單元顯示，同時(shí)與給定的溫度值進(jìn)行比較。當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定的設(shè)定退火溫度，便停止供給燃料，既停止加熱。通過控制天然氣與空氣的混合氣體的流量（即閥門開度）來實(shí)現(xiàn)退火爐的溫度高低的控制。本文提

16、出的退火爐以天然氣為燃料，爐溫采集系統(tǒng)采用N型鎳鉻硅鎳硅熱電偶為溫度檢測(cè)元件，利用熱電偶測(cè)溫電路及A/D轉(zhuǎn)換器以獲得較高的測(cè)溫精度，利用AT89S52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制，同時(shí)采用大林算法進(jìn)行控制，控制精度高。按鍵盤設(shè)定值、所測(cè)溫度值，自動(dòng)進(jìn)行溫度控制，按程序設(shè)定溫度曲線升溫，并具有鍵盤輸入及LCD顯示功能。第2章 方案設(shè)計(jì)及論證2.1 方案設(shè)計(jì) 本文設(shè)計(jì)的退火爐選用單片機(jī)進(jìn)行控制。以天然氣為燃料，爐溫控制系統(tǒng)采用N型鎳鉻硅鎳硅熱電偶熱電偶為溫度檢測(cè)元件，利用熱電偶測(cè)溫電路及A/D轉(zhuǎn)換器以獲得較高的測(cè)溫精度，利用AT89S52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制，按鍵盤設(shè)定值、所測(cè)溫度值，自動(dòng)進(jìn)行溫度控制，按程序設(shè)定溫度

17、曲線升溫，并具有鍵盤輸入及LCD顯示功能。系統(tǒng)所得的當(dāng)前的輸出控制量，則由D/A轉(zhuǎn)換單元來完成數(shù)/模轉(zhuǎn)換所得到的模擬量來控制閥門開度，從而實(shí)現(xiàn)了爐溫的自動(dòng)控制過程。流量控制利用大林算法進(jìn)行控制，具有控制精度高的特點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)基于單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，退火爐控制系統(tǒng)系統(tǒng)包括10大部分，即核心控件（89S52主控模塊），復(fù)位電路，晶振電路，溫度檢測(cè)電路，流量檢測(cè)電路，鍵盤電路，LCD顯示電路，報(bào)警電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，D/A轉(zhuǎn)換電路。主控模塊，具有控制功能，主要由AT89S52單片機(jī)組成，是退火爐溫度控制系統(tǒng)的核心。復(fù)位開關(guān)連接控制器的RST端，實(shí)現(xiàn)復(fù)位控制。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示。溫度傳感器A/D

18、轉(zhuǎn)換器LCD顯示電路鍵盤電路單片機(jī)復(fù)位電路晶振電路D/A轉(zhuǎn)換器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥1流量傳感器1流量傳感器2電動(dòng)調(diào)節(jié)閥3電動(dòng)調(diào)節(jié)閥2電源電路圖2.1 退火爐系統(tǒng)框圖本設(shè)計(jì)的退火爐以天然氣、空氣混合氣為輔助燃料，天然氣和空氣的理想比例為3:2，爐溫的高低直接與混合氣體的進(jìn)給量有關(guān)，適當(dāng)調(diào)節(jié)混合氣體的進(jìn)給量，即恰當(dāng)?shù)乜刂苹旌蠚獾拈y門的開啟角度就可以控制退火爐的溫度高低。其工作原理是退火爐溫度Tx經(jīng)傳感器、變送器檢測(cè)、變換的T(t)值，與溫度給定值R(t)比較后，兩者的偏差值Et(t)經(jīng)單片機(jī)D(z)分析、運(yùn)算，輸出相應(yīng)的控制量，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)C，調(diào)節(jié)流量控制閥門C的開啟角度，改變混合氣的進(jìn)給量，進(jìn)而來控制退火

19、爐的溫度。同時(shí)，應(yīng)該考慮天然氣與空氣比例不是理想狀態(tài)，所以設(shè)計(jì)兩個(gè)流量傳感器對(duì)管道氣體流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過大林算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其保持理想比例。退火爐的結(jié)構(gòu)框圖如圖2.2所示。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)C2執(zhí)行機(jī)構(gòu)C1流量傳感器1流量變送器1流量傳感器2流量變送器2溫度傳感器溫度變送器退火爐控制器D(z)執(zhí)行機(jī)構(gòu)C3 天然氣 溫度設(shè)定值 - R(t) + 空氣 圖2.2 退火爐的結(jié)構(gòu)框圖本設(shè)計(jì)中由于天然氣和空氣的理想比例為3:2，爐溫的高低直接與混合氣體的進(jìn)給量，所以需要精確控制比例。而由于天然氣為不可控變量，受上一工序影響比較大，比較危險(xiǎn)；而空氣比較穩(wěn)定，本方案使用單閉環(huán)比值控制方案，它不但能實(shí)現(xiàn)副流量跟隨

20、主流量的變化而變化，而且還可以克服副流量本身干擾對(duì)比值的影響，因此主副流量的比值較為準(zhǔn)確；另外，該方案結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，實(shí)施起來也很容易，其具體F1T F1C F2C F2T 天然氣Q1空氣Q2示意圖和方塊圖如圖2.3所示。圖2.3 調(diào)節(jié)氣體比例的單閉環(huán)控制系統(tǒng)圖空氣流量 天然氣流量流量變送器1控制器1控制器2執(zhí)行器1被控對(duì)象流量變送器2 在穩(wěn)定情況下，主流量滿足工藝要求的比值，即Q2/Q1=K；當(dāng)主流量發(fā)生改變時(shí)，經(jīng)變送器送至主控制器F1C，F(xiàn)1C按預(yù)先設(shè)置好的比值使輸出成比例變化，也就是成比例地改變副流量控制F2C的給定值，此時(shí)副流量閉環(huán)系統(tǒng)為一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)，從而Q2跟隨Q1變化，使得在新工

21、況下，流量比值K保持不變；當(dāng)主流量沒有變化而Q2由于自身干擾發(fā)生變化時(shí)，此副流量閉環(huán)系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)定值控制系統(tǒng)，通過控制克服干擾，使工藝要求的流量比值仍保持不變。最后達(dá)到天然氣與空氣比例為3:2?？刂七^程方框圖如圖2.4所示。 圖2.4 調(diào)節(jié)氣體比例的單閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖2.2 方案論證 方案一：采用最少拍控制原理：在采樣控制系統(tǒng)中，通常把一個(gè)采樣周期稱作一拍。在典型輸入信號(hào)作用下，經(jīng)過最少拍，使輸出量采樣時(shí)刻的數(shù)值能完全跟蹤參考輸入量的數(shù)值，跟蹤誤差為零的系統(tǒng)稱為最少拍系。系統(tǒng)控制原理框圖如圖2.5所示。 圖2.5 系統(tǒng)控制原理圖 “溫度”的表現(xiàn)，可以用純滯后一階慣性環(huán)節(jié)來描述，即 （2-1）

22、式中：煤氣退火爐的傳遞函數(shù)；D(s) 比例環(huán)節(jié)取1；K比例系數(shù)；純滯后時(shí)間；時(shí)間常數(shù)。設(shè)傳遞函數(shù)為 （2-2）采樣周期T=0.1s，零階保持器為 （2-3）系統(tǒng)廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)為 ： （2-4）方案二：采用大林算法進(jìn)行控制。大林算法的設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)合適的數(shù)字控制器，使整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相當(dāng)于一個(gè)帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，即通常認(rèn)為對(duì)象與一個(gè)零階保持器相串聯(lián)。系統(tǒng)控制框圖如圖2.6所示。D(s)Gc(s)H（s）89S52單片機(jī)D(z)溫度傳感器 - -T(c) T(c) T(x) 溫度設(shè)定值 + R（t） 圖2.6 系統(tǒng)控制原理圖采用“溫度”的表現(xiàn)，可以用純滯后一階慣性環(huán)節(jié)來描述

23、，即 （2-5）式中：Gc(s) 煤氣退火爐的傳遞函數(shù)；D(s) 比例環(huán)節(jié)取1；K比例系數(shù)；純滯后時(shí)間；1時(shí)間常數(shù)。與一個(gè)零階保持器串聯(lián)時(shí)，系統(tǒng)廣義被控對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)為： （2-6）含純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)的大林計(jì)算式為： （2-7）若令： （2-8） （2-9） （2-10） （2-11）D(z)的簡(jiǎn)化表達(dá)式便為： （2-12）式中：T采樣周期；1被控對(duì)象時(shí)間常數(shù)；閉環(huán)系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)；設(shè)K1，T1s ，3 ，11s ，N=1。最后求得： （2-13）當(dāng)對(duì)表達(dá)式中各項(xiàng)求Z變換后，可求出混合氣流量調(diào)節(jié)器輸出量的計(jì)算公式為： （2-14）退火爐的溫度控制具有升溫速度快，慣性大，時(shí)變等特點(diǎn)。其升溫，

24、保溫是依靠其爐內(nèi)的天然氣空氣混合燃燒來達(dá)到工藝要求的，降溫則是依靠環(huán)境自然冷卻。爐溫溫度一旦超調(diào)就無法用控制手段使其降溫，因此對(duì)于各個(gè)溫度段控制的主要控制目標(biāo)就是超調(diào)量，超調(diào)量的失調(diào)會(huì)導(dǎo)致爐溫控制不穩(wěn)定，產(chǎn)品廢品率高。安全隱患大，所以對(duì)于此類的工業(yè)控制對(duì)象采用普通的PID控制很難保證小超調(diào)或無超調(diào)，系統(tǒng)的振蕩會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。通過方案比較，本設(shè)計(jì)采用方案二的大林控制算法進(jìn)行控制。因?yàn)榇罅炙惴ㄊ蔷哂袑ｉT針對(duì)大滯后系統(tǒng)設(shè)計(jì)的算法，是運(yùn)用于自動(dòng)控制領(lǐng)域中的一種算法，是一種先設(shè)計(jì)好閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)再反過來綜合調(diào)節(jié)器的方法。設(shè)計(jì)的數(shù)字控制器（算法）使閉環(huán)系統(tǒng)的特性為具有時(shí)間滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，且滯后時(shí)間

25、與被控對(duì)象的滯后時(shí)間相同。此算法具有消除余差、對(duì)純滯后有補(bǔ)償作用等特點(diǎn)，能夠達(dá)到良好控制效果。因此，本設(shè)計(jì)選擇方案二。第3章 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 溫度傳感器的選擇本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)，而溫度檢測(cè)傳感器元件有多種選擇，常用的有熱電偶、熱電阻以及其他溫度傳感器。由于熱電偶可以將被測(cè)溫度直接轉(zhuǎn)換成電勢(shì)信號(hào)，便于遠(yuǎn)傳、自動(dòng)記錄和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，在工業(yè)中應(yīng)用極為廣泛。所以，本系統(tǒng)采用熱電偶傳感器為溫度檢測(cè)元件。本文設(shè)計(jì)要求的溫度檢測(cè)范圍在0+1000。由于所測(cè)的溫度范圍不同，所選用的熱電偶材料及型號(hào)也不盡相同，目前的熱電偶傳感器有：鉑銠10鉑熱電偶，其可在1100以下范圍長(zhǎng)期工作，符號(hào)S；鎳鉻鎳鋁

26、（硅）熱電偶，測(cè)量范圍在-40+1200，符號(hào)K型；此外還有鉑銠13鉑熱電偶（R型），鎳鉻硅鎳硅熱電偶（N型），測(cè)溫范圍為0+1300，等等。本系統(tǒng)采用N型熱電偶為溫度檢測(cè)元件，N型熱電偶為廉價(jià)金屬熱電偶，是一種最新的國際標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶，測(cè)溫范圍為0+1300，允差等級(jí)A，而且N型熱電偶具有線性度好，熱電動(dòng)勢(shì)較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強(qiáng)，價(jià)格便宜，不受短程有序化影響等優(yōu)點(diǎn)，滿足控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。工作原理：N型熱電偶的電極由兩根不同導(dǎo)體材質(zhì)組成。當(dāng)測(cè)量端與參比端存在溫差時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，工作儀表便顯示出熱電勢(shì)所對(duì)應(yīng)的溫度值。N型熱電偶主要技術(shù)參數(shù)：測(cè)量范圍() 0-130

27、0；允差等級(jí)A；分度號(hào)N；外形尺寸(mm)不限；熱響應(yīng)時(shí)間(s)90；聯(lián)接型式多種可選擇。WRM-130型N型鎳鉻硅鎳硅熱電偶傳感器實(shí)物圖如圖3.1所示。 圖3.1 WRM-130型N型鎳鉻硅鎳硅熱電偶傳感器實(shí)物圖 在冷端采取一定措施，補(bǔ)償由于冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補(bǔ)償。由熱電偶的工作原理可知，熱電偶電動(dòng)勢(shì)的大小不僅與測(cè)量端的溫度有關(guān)，而且與冷端的溫度有關(guān)，是測(cè)量端溫度t和冷端溫度t0 的函數(shù)差。為保證輸出熱電勢(shì)是被測(cè)溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定；熱電偶分度表給出的熱電勢(shì)是以冷端溫度0為依據(jù)，否則會(huì)產(chǎn)生誤差。因此，常采用一些措施來消除冷鍛溫度變化所產(chǎn)生的影響，如冷端恒

28、溫法、冷端溫度校正法、補(bǔ)償導(dǎo)線法、補(bǔ)償電橋法。本設(shè)計(jì)采用電橋冷端補(bǔ)償法進(jìn)行冷端補(bǔ)償。熱電偶測(cè)量溫度時(shí)要求其冷端（測(cè)量端為熱端，通過引線與測(cè)量電路連接的端稱為冷端）的溫度保持不變，其熱電勢(shì)大小與測(cè)量溫度呈一定的比例關(guān)系。若測(cè)量時(shí)，冷端的（環(huán)境）溫度變化，將影響嚴(yán)重測(cè)量的準(zhǔn)確性。所以，本設(shè)計(jì)需要進(jìn)行冷端補(bǔ)償。補(bǔ)償電橋現(xiàn)已標(biāo)準(zhǔn)化。不平衡電橋（即補(bǔ)償電橋）是由電阻R1、R2、R3和RCu組成。其中R1=R2=R3=1 ；Rs是用溫度系數(shù)很小的錳銅絲繞制而成的；RCu是有溫度系數(shù)較大的銅線繞制而成的補(bǔ)償電阻，0時(shí)，RCu=1 ；Rs=2。此橋串聯(lián)在熱電偶測(cè)量回路中，熱電偶冷端與電阻RCu感受相同的溫度，

29、在某一溫度下（通常取0）調(diào)整電橋平衡，使R1=R2=R3=RCu。當(dāng)冷端溫度變化時(shí)，RCu隨溫度改變，破壞了電橋平衡，產(chǎn)生一不平衡電壓U，此電壓則與熱電勢(shì)相疊加，一起送入測(cè)量?jī)x表。適當(dāng)選擇Rs的數(shù)值，可是電橋產(chǎn)生的不平衡電壓U在一定溫度范圍內(nèi)基本上能補(bǔ)償由于冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化值。這樣，當(dāng)冷端溫度有一定變化時(shí)，儀表仍然可給出正確的溫度示值。冷端補(bǔ)償電路如圖3.2所示。圖3.2 熱電偶冷端補(bǔ)償電路3.2 氣體流量傳感器的選擇本次畢業(yè)設(shè)計(jì)需要對(duì)燃?xì)夂涂諝膺M(jìn)行配比，保證理想比例，所以需要對(duì)氣體流量進(jìn)行檢測(cè)來達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控。熱式氣體流量計(jì)采用熱擴(kuò)散原理，熱擴(kuò)散技術(shù)是一種在苛刻條件下性能優(yōu)良、可

30、靠性高的技術(shù)。其典型傳感元件包括兩個(gè)熱電阻（鉑RTD），一個(gè)是速度傳感器，一個(gè)是自動(dòng)補(bǔ)償氣體溫度變化的溫度傳感器。當(dāng)兩個(gè)RTD被置于介質(zhì)中時(shí)，其中速度傳感器被加熱到環(huán)境溫度以上的一個(gè)恒定的溫度，另一個(gè)溫度傳感器用于感應(yīng)介質(zhì)溫度。流經(jīng)速度傳感器的氣體質(zhì)量流量是通過傳感元件的熱傳遞量來計(jì)算的。氣體流速增加，介質(zhì)帶走的熱量增多。使傳感器溫度隨之降低。為了保持溫度的恒定，則必須增加通過傳感器的工作電流，此增加的部分電流大小與介質(zhì)的流速成正比。QZL系列熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)既可進(jìn)行氣體流量計(jì)量工作,也可用于過程控制領(lǐng)域。它引進(jìn)美國先進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)，無須溫壓補(bǔ)償，直接測(cè)出流體的質(zhì)量流量。它的突出特點(diǎn)是：沒有可動(dòng)

31、部件；壓力損失??；量程比寬；精度高；可靠性高；安裝簡(jiǎn)單，操作方便?？梢栽谒蓄I(lǐng)域全面替代孔板和差壓式流量計(jì)。 特別是計(jì)量精確，不受壓力及環(huán)境溫度變化的影響，屬更新?lián)Q代產(chǎn)品。 技術(shù)參數(shù)：測(cè)量范圍：（0.0580）Nm/s（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)為20，101.33KPa）溫度范圍：環(huán)境溫度：-40+60 介質(zhì)溫度：-10+200準(zhǔn) 確 度：1%的讀數(shù)；0.5%滿量程重 復(fù) 性：0.5%的滿量程輸 出：瞬時(shí)流量 4-20mA DC；最大負(fù)載600，RS232，RS485機(jī)械連接：3/4 NPT不銹鋼緊固件探桿長(zhǎng)度：800mm探桿直徑：18mm工作壓力：1.6MPa 現(xiàn)場(chǎng)顯示：上排為瞬時(shí)流量每行4個(gè)字符，下排為累

32、積流量每行8個(gè)字符 數(shù)據(jù)保護(hù)：累計(jì)量保存在EEROM內(nèi)傳感器及管線表體材料：316L防護(hù)等級(jí)：IP65變送單元：選擇防爆封裝。QZL系列熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)如圖3.3所示。圖3.3 QZL系列熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)實(shí)物圖3.3 控制閥門的選擇 本次設(shè)計(jì)的溫度控制是通過單片機(jī)處理后，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后輸出的信號(hào)控制閥門開度來控制天燃?xì)夂涂諝獾牧髁浚瑥亩鴮?shí)現(xiàn)對(duì)退火爐溫度的控制。檢測(cè)來的信號(hào)經(jīng)過單片機(jī)D/A轉(zhuǎn)換輸出010V電壓，所以，需要選擇線性閥門，而且接收范圍也是010V電壓。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的接收信號(hào)為010V或420mA，故本設(shè)計(jì)選擇電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥是工業(yè)自動(dòng)化過程控制中的重要執(zhí)行單元儀表。通過接收

33、工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的信號(hào)（如：420mA）來驅(qū)動(dòng)閥門改變閥芯和閥座之間的截面積大小控制管道介質(zhì)的流量、溫度、壓力等工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)節(jié)功能。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥一般包括驅(qū)動(dòng)器，接受驅(qū)動(dòng)器信號(hào)（010V或420mA）來控制閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)，也可根據(jù)控制需要，組成智能化網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，優(yōu)化控制實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。技術(shù)參數(shù)：電源電壓：AC220V ；50Hz作用模式：電開式（K）型、電閉式（B）型 流量特性：直線、等百分比允許泄漏量（L/h）硬密封：10-4閥的額定容量；軟密封：VI級(jí)適用介質(zhì)：水蒸汽油品類氣液體工作溫度范圍：-30+250ZDLW電子式電動(dòng)調(diào)節(jié)閥如圖3.4所示。圖3.4 ZDLW電子式電動(dòng)調(diào)節(jié)閥實(shí)物

34、圖3.4 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇A/D轉(zhuǎn)換器采用A/D轉(zhuǎn)換芯片，其中A/D轉(zhuǎn)換器用于實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，單電源供電。本設(shè)計(jì)中，要求精度達(dá)到1%，則選用分辨率為12位的芯片可以滿足精度要求，故本設(shè)計(jì)選用12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574。AD574A是美國模擬數(shù)字公司（Analog）推出的單片高速12位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個(gè)完整的A/D轉(zhuǎn)換器，其主要功能特性如下： 分辨率：12位 非線性誤差：小于1/2LBS或1LBS 轉(zhuǎn)換速率：25us 模擬電壓輸入范圍

35、：010V和020V，05V和010V兩檔四種 電源電壓：15V和15V 數(shù)據(jù)輸出格式：12位/8位 芯片工作模式：全速工作模式和單一工作模式 AD574A的CE和A0對(duì)其工作狀態(tài)的控制過程。在CE=1、=0同時(shí)滿足時(shí)，AD574A才會(huì)正常工作，在AD574處于工作狀態(tài)時(shí)，當(dāng)=0時(shí)A/D轉(zhuǎn)換，當(dāng)=1是進(jìn)行數(shù)據(jù)讀出。和A0 端用來控制啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。A0=0時(shí)，啟動(dòng)的是按完整12位數(shù)據(jù)方式進(jìn)行的。當(dāng)A0=1時(shí)，按8位A/D轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行。當(dāng)=1，也即當(dāng)AD574A處于數(shù)據(jù)狀態(tài)時(shí)，A0和控制數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)的格式。當(dāng)=1時(shí)，數(shù)據(jù)以12位并行輸出，當(dāng)=0時(shí)，數(shù)據(jù)以8位分兩次輸出。而當(dāng)A0=0

36、時(shí)，輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的高8位，A0=1時(shí)輸出A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的低4位，這四位占一個(gè)字節(jié)的高半字節(jié)，低半字節(jié)補(bǔ)零。AD574A/D 轉(zhuǎn)換器如圖3.5所示。圖3.5 AD574A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)物圖3.5 D/A轉(zhuǎn)換器的選擇本設(shè)計(jì)的控溫精度要求3，所以選擇12位D/A轉(zhuǎn)換器來保證其精度。DAC8420是AD公司生產(chǎn)的四路輸出12位DAC。該DAC具有高速串行接口，而且功耗很低，能廣泛應(yīng)用于伺服系統(tǒng)控制、過程自動(dòng)化控制及ATE中。DAC8420 D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)物圖如圖3.6所示。圖3.6 DAC8420 D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)物圖DAC8420 D/A其主要特點(diǎn)如下：可選擇單極或雙極模式；復(fù)位后，輸出置0或置中間值；

37、電源選擇廣泛，單+5V15V均可；采用16腳PDP、ICERDIP或SOIC封裝；低功耗：35mW(最大值)；復(fù)位至零電平或中間電平；高速數(shù)字串行接口。DAC8420的引腳排列如圖3.7所示。圖3.7 DAC8420的引腳圖各引腳功能及使用說明如下：VDD：正電源，范圍為+5V15V；VSS：負(fù)電源,范圍為015V；GND：數(shù)字地。CLK：系統(tǒng)串行時(shí)鐘輸入，邏輯上與CS信號(hào)相或。在時(shí)鐘上升沿，由SDI輸入的串行數(shù)據(jù)將進(jìn)入DAC內(nèi)部的串/并轉(zhuǎn)換寄存器。CLR：異步清除,低有效?？捎糜趯?nèi)部寄存器A到D置O或者置為中間值（具體由CLSEL決定）。但數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換寄存器時(shí)不受該控制信號(hào)的影響。CLSEL

38、：為低時(shí)，CLR將寄存器A到D置O；為高時(shí)，將其置為中間值；CS：片選信號(hào)，低有效。與CLK信號(hào)相或。LD：異步DAC寄存器載入控制，低有效。在LD的下降沿，串行輸入寄存器里面的數(shù)據(jù)將移到寄存器AD。當(dāng)LD為低時(shí)，輸入數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定。SDI：串行數(shù)據(jù)輸入。在輸入的16位數(shù)據(jù)中，頭兩位A1、A2用于選擇寄存器AD，后12位D11D0是具體數(shù)值，輸入的數(shù)據(jù)先進(jìn)入DAC內(nèi)部的串/并轉(zhuǎn)換寄存器。注意，當(dāng)CS為高時(shí)，該數(shù)據(jù)無效。具體的數(shù)據(jù)輸入格式如下：VREFHI：參考電壓高值端，取值范圍是VDD-2.5VVREFLO+2.5V；VREFLO：參考電壓低值端,當(dāng)輸入為O時(shí)，輸出為VREFLO，取值范圍

39、為VSSVREFHI-2.5V。VOUTAVOUTD：電壓輸出端。3.6 單片機(jī)的選擇 目前單片機(jī)種類很多，如何選擇性價(jià)比最低、開發(fā)容易、開發(fā)周期最短的產(chǎn)品，是工程師考慮的主要問題之一。目前我國銷售的主流MCU產(chǎn)品有8051、PIC、MCP430、STC、AVR等系列的單片機(jī)。本畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的單片機(jī)為AT89S52。因?yàn)锳T89S52是一個(gè)低功耗、高性能的CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8 KB 的可反復(fù)擦寫的只讀存儲(chǔ)器和256 B 的隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)，器件采用ATMEL 公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容MCS- 51 標(biāo)準(zhǔn)指令系統(tǒng)，片內(nèi)配置通用8 位中央處理器和存儲(chǔ)單元。AT89S5

40、2有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外部中斷，3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫端口，AT89S52可以按常規(guī)方法進(jìn)行編程也可以在線編程。其豐富的片內(nèi)存儲(chǔ)、內(nèi)外中斷和I/O 等資源，可以充分滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及未來的擴(kuò)展要求。為了下載及存儲(chǔ)記錄數(shù)據(jù)的方便采取AT89S52的單片機(jī)。AT89S52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。主要功能特性：兼容MCS51指令系統(tǒng) 、8k可反復(fù)擦寫(1000次）Flash ROM 、32個(gè)雙向I/O口 、256x8bit內(nèi)部RAM、3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷

41、、時(shí)鐘頻率0-24MHz、2個(gè)串行中斷、可編程UART串行通道、2個(gè)外部中斷源、共6個(gè)中斷源 、2個(gè)讀寫中斷口線、3級(jí)加密位、低功耗空閑和掉電模式。AT89S52的單片機(jī)實(shí)物圖如圖3.8所示。圖3.8 AT89S52的單片機(jī)實(shí)物圖3.7 8255擴(kuò)展I/O口的設(shè)計(jì)由于本設(shè)計(jì)的單片機(jī)I/O接口不夠用，所以進(jìn)行I/O擴(kuò)展。選用8255進(jìn)行擴(kuò)展?jié)M足設(shè)計(jì)要求。8255是Intel公司生產(chǎn)的可編程并行I/O接口芯片，有3個(gè)8位并行I/O口。具有3個(gè)通道3種工作方式的可編程并行接口芯片（40引腳）。 其各口功能可由軟件選擇，使用靈活，通用性強(qiáng)。8255可作為單片機(jī)與多種外設(shè)連接時(shí)的中間接口電路。8255作

42、為主機(jī)與外設(shè)的連接芯片，必須提供與主機(jī)相連的3個(gè)總線接口，即數(shù)據(jù)線、地址線、控制線接口。同時(shí)必須具有與外設(shè)連接的接口A、B、C口。由于8255可編程,所以必須具有邏輯控制部分，因而8255內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為3個(gè)部分：與CPU連接部分、與外設(shè)連接部分、控制部分。1）與CPU連接部分根據(jù)定義，8255能并行傳送8位數(shù)據(jù)，所以其數(shù)據(jù)線為8根D0D7。由于8255具有3個(gè)通道A、B、C，所以只要兩根地址線就能尋址A、B、C口及控制寄存器，故地址線為兩根A0A1。此外CPU要對(duì)8255進(jìn)行讀、寫與片選操作，所以控制線為片選、復(fù)位、讀、寫信號(hào)。各信號(hào)的引腳編號(hào)如下：（1）數(shù)據(jù)總線DB：編號(hào)為D0D7，用于825

43、5與CPU傳送8位數(shù)據(jù)。（2）地址總線AB：編號(hào)為A0A1，用于選擇A、B、C口與控制寄存器。（3）控制總線CB：片選信號(hào)、復(fù)位信號(hào)RST、寫信號(hào)、讀信號(hào)。當(dāng)CPU要對(duì)8255進(jìn)行讀、寫操作時(shí)，必須先向8255發(fā)片選信號(hào)選中8255芯片，然后發(fā)讀信號(hào)或?qū)懶盘?hào)對(duì)8255進(jìn)行讀或?qū)憯?shù)據(jù)的操作。2）與外設(shè)接口部分根據(jù)定義，8255有3個(gè)通道A、B、C與外設(shè)連接，每個(gè)通道又有8根線與外設(shè)連接，所以8255可以用24根線與外設(shè)連接，若進(jìn)行開關(guān)量控制，則8255可同時(shí)控制24路開關(guān)。各通道的引腳編號(hào)如下：（1）A口：編號(hào)為PA0PA7，用于8255向外設(shè)輸入輸出8位并行數(shù)據(jù)。（2）B口：編號(hào)為PB0PB7

44、，用于8255向外設(shè)輸入輸出8位并行數(shù)據(jù)。（3）C口：編號(hào)為PC0PC7，用于8255向外設(shè)輸入輸出8位并行數(shù)據(jù)，當(dāng)8255工作于應(yīng)答I/O方式時(shí)，C口用于應(yīng)答信號(hào)的通信。3）控制器8255將3個(gè)通道分為兩組，即PA0PA7與PC4PC7組成A組，PB0PB7與PC0PC3組成B組。如圖7.5所示，相應(yīng)的控制器也分為A組控制器與B組控制器，各組控制器的作用如下：（1）A組控制器：控制A口與上C口的輸入與輸出。（2）B組控制器：控制B口與下C口的輸入與輸出。8255擴(kuò)展I/O口電路圖如圖3.9所示。圖3.9 8255擴(kuò)展I/O口電路圖3.8 電源電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)需要三個(gè)電源，分別為5V和15V電

45、源。所以使用CW7905、CW7805、CW7815三端固定正集成穩(wěn)壓器，使電源參輸出電壓穩(wěn)定在5V和15V，輸出電流在1.5A。該器件內(nèi)部設(shè)置有過熱保護(hù)和調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)電路。內(nèi)部電路采用噪聲低，溫度漂移小的帶隙基準(zhǔn)源結(jié)構(gòu)，可確保使用安全。工作原理：如圖所示電路為輸出電壓+5V、輸出電流1.5A的穩(wěn)壓電源。它由電源變壓器，橋式整流電路D1，濾波電容C1、C3，防止自激電容C2、C3（C2，C3主要用來消除可能產(chǎn)生的高頻寄生振蕩）和一只固定式三端穩(wěn)壓器(7805)極為簡(jiǎn)捷方便地搭成的。220V交流電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路D1和濾波電容C1的整流和濾波，在固定式三端

46、穩(wěn)壓器LM7805的Vin和GND兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓。此直流電壓經(jīng)過LM7805的穩(wěn)壓和C3的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。-5V和15V電源電路工作原理同上。本穩(wěn)壓電源可作為TTL電路或單片機(jī)電路的電源。三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡(jiǎn)捷方便等特點(diǎn)，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件在穩(wěn)壓輸出方面效果極佳。電源電路圖如圖3.10所示。圖3.10 電源電路圖3.9 晶振電路的設(shè)計(jì) 晶體振蕩器，簡(jiǎn)稱晶振。在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)

47、電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?，在這個(gè)極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個(gè)電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路。這個(gè)并聯(lián)諧振電路加到一個(gè)負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個(gè)振蕩器的頻率也不會(huì)有很大的變化。一般的晶振振蕩電路都是在一個(gè)反相放大器的兩端接入晶振，再有兩個(gè)電容分別接到晶振的兩端，每個(gè)電容的另一端再接到地，這兩個(gè)電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容，請(qǐng)注意一般IC的引腳都

48、有等效輸入電容，這個(gè)不能忽略。一般的晶振的負(fù)載電容為15p或12.5p，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個(gè)22p的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。振蕩器直接應(yīng)用于電路中，諧振器工作時(shí)一般需要提供3.3V電壓來維持工作。振蕩器比諧振器多了一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)為：諧振電阻（RR），諧振器沒有電阻要求。RR的大小直接影響電路的性能，也是各商家競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)重要參數(shù)。晶振電路為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。本設(shè)計(jì)晶振頻率為11.0592MH。經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)部分頻出來的頻率大約為2MH它結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生所需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立

49、在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。晶振電路如圖3.11所示。 圖3.11 晶振電路圖3.10 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)在上電或復(fù)位過程中，控制CPU的復(fù)位狀態(tài)，這段時(shí)間內(nèi)讓CPU保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止CPU發(fā)出錯(cuò)誤的指令、執(zhí)行錯(cuò)誤操作，也可以提高電磁兼容性能。而單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設(shè)計(jì)完單片機(jī)系統(tǒng)，并在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試成功后，在現(xiàn)場(chǎng)卻出現(xiàn)了“死機(jī)”、“程序走飛”等現(xiàn)象，這主要是單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)不可靠引起的。AT89S52單片機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)或者出現(xiàn)死機(jī)時(shí)需要復(fù)位，使CPU及其他功能部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。為了保證

50、系統(tǒng)可靠復(fù)位，在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，一般使RST引腳保持10ms以上的高電平，單片機(jī)便可以可靠地復(fù)位。當(dāng)RST從高電平變?yōu)榈碗娖揭院?，單片機(jī)從0000H地址開始重新執(zhí)行程序。按鍵復(fù)位是通過R18和R19形成回路，使RST端產(chǎn)生高電平。按鍵的時(shí)間決定了復(fù)位的時(shí)間。 AT89S52單片機(jī)按鍵式復(fù)位電路如圖3.12所示。 圖3.12 復(fù)位電路圖3.11 溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 由于退火爐的溫度檢測(cè)需要檢測(cè)退火爐內(nèi)平均溫度，所以前端熱電偶檢測(cè)電路選擇熱電偶平均溫度測(cè)溫電路。熱電偶平均溫度測(cè)溫電路一般采用熱電偶并聯(lián)的方法。輸入放大器的兩端毫伏值為三個(gè)熱電偶輸出熱電動(dòng)勢(shì)的平均值，即E=（E1+E2+E3)/3，如

51、三個(gè)熱電偶均工作在特性曲線的線性部分時(shí)，則代表各點(diǎn)溫度的算術(shù)平均值，為此，每個(gè)熱電偶需要串聯(lián)較大電阻。本電路中分別串聯(lián)1K電阻。熱電偶檢測(cè)來的平均溫度經(jīng)過之后的濾波電路進(jìn)入儀用放大器進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)為傳入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)。完成溫度檢測(cè)功能。儀用放大器由3個(gè)運(yùn)算放大器排成兩級(jí)：一個(gè)由兩運(yùn)放組成的前置放大器，后面跟一個(gè)差分放大器。前置放大器提供高輸入阻抗、低噪聲和增益。差分放大器抑制共模噪聲，而且能在需要時(shí)提供一定的附加增益。熱電偶檢測(cè)的信號(hào)最大為40mV，所以要放大125倍得到5V輸入到A/D轉(zhuǎn)換器。原理分析：在第一級(jí)電路中，V1,V2分別加到A1和A2的同向端

52、，R10和兩個(gè)R11組成的反饋網(wǎng)絡(luò)，引入了負(fù)反饋，兩運(yùn)放A1、A2的兩輸入端形成虛短和虛斷 （3-1） = （3-2） 故得 *VR1= （3-3）由求差電路關(guān)系可得： （3-4） 所以電路的電壓增益為： （3-5）具體計(jì)算過程如下： 放大倍數(shù)，如以下公式： （3-6） （3-7） （3-8） 取R1=4.7K，Rp=0.47K，RF=10K，Rf=2K，可得KF=125，KF1=21，KF2=5。 （3-9） 溫度檢測(cè)電路如圖3.13所示。圖3.13 溫度檢測(cè)電路圖3.12 I/V轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)需要對(duì)天燃?xì)夂涂諝膺M(jìn)行配比，保證3:2的理想比例，所以需要對(duì)氣體流量進(jìn)行檢測(cè)來達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控。而本設(shè)計(jì)選用的流量傳感器輸出的是電流信號(hào)，所以需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因此設(shè)計(jì)了這個(gè)I/V轉(zhuǎn)換電路。工作原理：轉(zhuǎn)換器用于將輸入電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為與之成線性關(guān)系的輸出電壓信號(hào)。本電路由于采用同相端輸入，因此，電路運(yùn)放中應(yīng)該選共模抑制比較高的運(yùn)算放大器，由節(jié)點(diǎn)方程可知下圖所示的電路可實(shí)現(xiàn)420mA到05V的轉(zhuǎn)換。 根據(jù)節(jié)點(diǎn)方程可知： （3-9） （3-10）故有 （3-11）若取、，調(diào)整Rp使，則當(dāng)輸入電流時(shí)，可求得B點(diǎn)輸出電壓為。I/V轉(zhuǎn)換電路如圖3.14所示。圖3.14 I/V轉(zhuǎn)換電路圖3.13 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)有三個(gè)傳感器，測(cè)量