基于單片機對加熱爐溫度控制系統

1、基于單片機對加熱爐溫度控制系統 (2CH)送A (2CH)(2DH)?Y (2CH)(2DH)?NNY (2CH)(2DH)2DH)(2EH)?Y (2DH)(2EH)?Y (2CH)(2EH)?Y (2EH)(2CH)?Y(2CH) 送2AHNN (2DH) 送2AH Y (2DH) 送2AHN (2EH)送2AH(2EH)送2AH返回 圖10數字濾波程序框圖 四、小結 15 通過本次課程設計，我了解了加熱爐，這個一直很陌生的東西。我的課題是基于單片機對加熱爐的溫度控制系統，單片機和加熱爐我了解了更多的東西。在這個過程中，我碰到了不少的困難，比如：由于沒有對單片機的器件不太熟悉，我查閱了很多

2、資料，才找到了我所需要的幾種器件。雖然只是找器件，但是我學會了如何尋找的方法。對于以后的工作和學習中遇到的相同，也可以通過這種方法解決。 五、參考文獻 1 張學峰.基于單片機控制的太陽能熱水器全自動電路J.現代電子技術，2005，28（4）：24. 2 蔡可健,蔣樂書.太陽能熱水器智能控制方案設計的探討J.太陽能,2004,(1):46. 3 蔡可健.節(jié)能熱水器智能電路設計方案J.電工技術,2004,(9):49-51 4 丁元杰.單片微型計算機及其應用M.北京:機械工業(yè)出版社,2004. 5 何立民.MCS-51系列單片機應用系統設計系統配置與接口技術M.北京：北京航空航天大學出版社，199

3、0. 附錄1 程序清單 主程序： ORG 0100H DISM0 DATA 78H DISM1 DATA 79H DISM2 DATA 7AH DISM3 DATA 7BH DISM4 DATA 7CH DISM5 DATA 7DH MOV SP, #50H; 50H送SP 16 CLR 5EH ; 清本次越限值 CLR 5FH ； 清上次越限值 CLR A ； 清累加器A MOV 2FH, A MOV 30H, A MOV 3BH, A MOV 3CH, A 清零暫存單元 MOV 3DH, A MOV 3EH, A MOV 44H, A MOV DISM0, A MOV DISM1, A M

4、OV DISM2, A MOV DISM3, A MOV DISM4, A MOV DISM5, A MOV TMOD, #56H MOV TL0, #06H MOV TH0, #06H CLR PT0 SETB TR0 SETB ET0 SETB EA LOOP ACALL DISPLY ；調用顯示程序 ACALL SCAN ；調用掃描程序 AJMP LOOP ；等待中斷 T0中斷服務程序： ORG 000BH AJMP CT0 CT0： PUSH ACC ； PUSH DPL ； 保護現場 PUSH DPH ； SETB D5H ； 置標志 ACALL SAMP ACALL FILTER

5、CJNE A，42H，TPL WL： MOV C，5EH 17 清零顯示緩沖區(qū) MOV 5FH，C CLR 5EH ACALL UPL POP DPH POP DPL POP ACC RETI ；中斷返回 TPL： JNC TPL1 CLR 5FH ；清上次越限值 CJNE A，43H，MTPL HAT： SETB P1.1 ；若溫度不越限，則綠燈亮 ACALL PID MOV A，2FH CPL A ； INC A ； 對PID求值，作為TL1值 NM： SETB P1.3 MOV TL1，A MOV TH1, #0FFH SETB PT1 SETB TR1 ；啟動T1 SETB ET1 ；

6、允許T1中斷 ACALL TRAST LOOP: ACALL DISPLY ；顯示溫度 JB D5H,LOOP ；等待T1中斷 POP DPH POP DPL POP ACC RETI MTPL: JNC HAT SETB P1.0 ；否則，下限聲光報警 MOV A, 45H CPL A INC A AJMP NM TPL1: SETB 5EH JNB 5FH, WL INC 44H ；越限值計數器加1 MOV A, #44H 18 CLR C SUBB A,#N ；越限值N次嗎？ JNZ WL SETB P1.2 CLR 5EH CLR 5FH POP DPH POP DPL POP ACC

7、 RETI 采樣子程序： SAMP: MOV R0,#2CH ；采樣值初始地址送R0 MOV R2, #03H MOV DPTR, #03H SAM1: MOVX DPTR,A ；啟動ADC0809工作 MOV R3, #20H DLY: DJNZ R3,DLY ；延時 HERE: JB P3.3, HERE MOVX A,DPTR MOV R0,A ；存放采樣值 INC R0 DJNC R2, SAM1 RET 數字濾波程序 FILTER: MOV A, 2CH CJNE A, 2DH, CAMP1 AJMP CMP2 CMP1: JNC CMP2 XCH A, 2DH XCH A, 2CH

8、 CMP2 MOV A, 2DH CJNE A, 2EH, CMP3 MOV 2AH, A RET CMP3: JC CMP4 MOV 2QH, A 19 百度搜索“就愛閱讀”,專業(yè)資料、生活學習,盡在就愛閱讀網,您的在線圖書館! 班級 姓名 學號 計算機控制設計 課程設計報告 課程設計題目：基于單片機對加熱爐溫度控制系統 本課程設計要求使用單片機作為核心進行控制。傳統的控制方式以不能滿足高精度，高速度的控制要求。近幾年來快速發(fā)展了多種先進的溫度控制方式，如：PID控制，模糊控制，神經網絡及遺傳算法控制等。這些控制技術大大的提高了控制精度，不但使控制變得簡便，而且使產品的質量更好，降低了產品的

9、成本，提高了生產效率。本系統使用8031單片機，使溫度控制大為簡便。 技術參數和設計任務： 1、利用單片機8031對溫度的控制，以實現加熱爐智能化； 2、達到將8031輸出的信號送出，設計了8155接口電路設計； 3、達到控制溫度，設計溫度控制電路； 4、達到A/D轉換，設計ADC0809轉換電路； 5、達到檢測溫度反饋給8031，設計了傳感檢測電路 6、為了讓單片機系統運行，設計了主程序，T0中斷服務程序，采樣子程序，數字濾波程序。 1 一、本課程設計系統概述 1、系統原理 加熱爐是將物料或工件加熱的設備。按熱源劃分有燃料加熱爐、電阻加熱爐、感應加熱爐、微波加熱爐等。應用遍及石油、化工、冶金

10、、機械、熱處理、表面處理、建材、電子、材料、輕工、日化、制藥等諸多行業(yè)領域。加熱爐按爐溫分布，爐膛沿長度方向可分為預熱段、加熱段和均熱段。 單片機的溫度控制是數字控制系統的一個應用。本系統所使用的加熱爐為電加熱爐，爐絲功率為3kw，系統要求爐膛恒溫，誤差為士2,超調量可能小，溫度上升較快且有良好的穩(wěn)定性。 單片機溫度控制系統是以MS-5l單片機為控制核心，輔以采樣反饋電路，驅動電路，晶閘管主電路對電爐爐溫進行控制的微機控制系統。系統的原理框圖如圖1所示，其基本控制原理為: ：用鍵盤將溫度的設定值送入單片機，啟動運行后，通過信號采集電路將溫度信號采集到后，送到A/D 轉換電路將信號轉換成數字量送

11、入單片機系統進行PID 控制運算，將控制量輸出，控制電阻爐的加熱。 2、系統結構圖 給定值8031控制電路驅動電路晶閘管主電路被控對象輸出溫度采集電路 圖1 原理框圖 3、文字說明控制方案 給定一個值送到8031控制電路，由8031控制電路產生信號，送到驅動電路，驅動電路驅動晶閘管主電路，主電路控制被控對象，輸出所需的溫度，最后采集電路把采集來的溫度送到8031控制電路，這樣就是一個循環(huán)。 二、硬件設計 2 1、總體設計 系統控制主電路是由8031及其外圍芯片，及一些輔助的部分構成的。過零信號發(fā)生器2764803174LS373溫控電路8155ADC0809傳感檢測電路電爐鍵盤與顯示 圖2總體

12、設計原理圖 2、程序存儲器的擴展 8031片內不帶ROM，采用8031芯片時，須擴展程序存儲器。用作程序存儲器的芯片主要有EPROM和EEPROM。由于EPROM價格低廉、性能可靠，所以本次設計用EPROM. EPROM是紫外線可擦除電可編程的半導體只讀存儲器，掉電后信息不會丟失。 3 EPROM中程序一般通過專門編程器可寫入。常用的EPROM芯片主要有：2716、2732、2764、27128、27256等。 擴展程序存儲器時，一般擴展容量大于256字節(jié)，因此，除了由P0口提供低8位地址線外，還需由P2口提供若干地址線，最大的擴展位為64K字節(jié)，即需16位地址線。具體方法是CPU應向EPRO

13、M提供三種信號線。即 A：數據總線：P0口接EPROM的O0-O7。 B：地址總線：P0口經鎖存器向EPROM提供地址低8位，P2口提供高8位地址以及片選線。 C：控制總線：PSEN片外程序存儲器取指令控制信號，接EPROM的OE，ALE鎖存器的EA接地。 4 百度搜索“就愛閱讀”,專業(yè)資料、生活學習,盡在就愛閱讀網,您的在線圖書館! 圖3 2764 管腳圖 結合本次設計，選擇擴展的型號為2764 3、溫控模塊的設計 溫度檢測元件和變送器的選擇和被控溫度及精度等級有關。本設計采用鎳鉻/鎳鋁熱電偶，此電偶用于0到攝氏度的溫度測量范圍。系統功能和系統的工作工程為：反映爐溫的熱電偶, 用于采集爐內的

14、溫度信號，將采集到的信號經冷端補償后送運算放大器放大, 由變送器將熱電偶信號（溫度信號）變?yōu)殡娏鬏敵?，再由高精密電?電壓變換器將電流信號變?yōu)闃藴孰妷盒盘枺瑢⒎糯蟮碾妷核腿氩蓸颖３制骱娃D換電路后得到與爐溫相應的數字量。 具體設計為，將溫度傳感器輸出的電流信號IinI，輸入到電流/ 電壓轉換電路，在采樣電阻R1 上獲得對應的電壓分量VR=R1*Iin，并將該值經過由R2，C1 5 構成的帶有一定延時(時間與溫度傳感器的響應時間相對應) 作用的低通濾波電路后，輸入到放大器A1 的正相端。因為傳感器輸出4mA 時，在取樣電阻上的電壓不是零，直接經模擬/數字轉換電路轉換后的數字量不是零，所以單片機不能

15、直接利用，這樣利用穩(wěn)壓管 產生一個精確基準電壓Vref 與R3。RW1構成的可調分壓電路，通過調節(jié)RW1 可以獲得精確的Vx=(Rx/RW1) Vref，該值可用于抵消4mA電流在取樣電阻上產生的壓降，所以當溫度傳感器為最小值4mA 時，A1的2 腳與3 腳之間的電壓差基本為0V。與A1 相連的C2、R3、R4、R5 構成帶有積分校正的放大電路，積分校正會增加系統的慣性，對變化較快的信號起阻尼作用。通過適當調整電阻就可以獲得理想的比例增益，再將經過處理的溫度傳感器感測到的電信號VT 放大后，送入下一級的差值放大電路的負相端。系統的爐溫工藝曲線經分段換算后轉換為對應的電壓數據，再經過進制轉換后存

16、入E2PROM中。當系統投入運行后，為了實現誤差測量，單片機依據時鐘定時器，按一定的時間間隔將數據通過總線傳至DAC0832 的數據寄存器，經D/A 轉換后的模擬電壓VTS，從運算放大器器A2 送入由A3、R6、R7、R8 和R9 構成的差值檢測放大電路的正相端，與經過轉換的采樣電壓值VT 作差，得到的差值VT放大后送入A/D轉換器0809。 另外，變送器由毫伏變送器和電流/電壓變送器組成：毫伏變送器用于把熱電偶輸出的0-41.32mV變換成0-10mA范圍內的電流；電流/電壓變送器用于把毫伏變送器輸出的0-10MA電流變換成0-5V范圍的電壓。 為了提高精度，變送器可以進行零點遷移。例如：若

17、溫度測量范圍為400C1000C，則熱電偶輸出為16.4mV-41.32mV,毫伏變送器零點遷移后輸出0-10mV范圍電流。這樣，采用8位A/D轉換器就可以使量化誤差達到正負2.34度以內。 4、 8155接口電路 8155在單片機應用系統中是16位地址數據，其高8位由片選線提供，而低8位地址為片內地址。當IOM/=0時，單片機對8155內RAM讀/寫，RAM低8位編址為00FFH；當IO/M=1時，單片機對8155中的I/O口進行讀/寫。 oo 6 圖4 8155管腳圖 5、 A/D轉換電路 ADC0809是一個典型的A/D轉換芯片，為逐次逼近式8位CMOS型A/D轉換器，片內有8路模擬選通

18、開關、三態(tài)輸出鎖存器以及相應的通道地址鎖存與譯碼電路。 ADC0809 可處理8 路模擬量輸入， 且有三態(tài)輸出能力， 既可與各種微處理器相連， 也可單獨工作。輸入輸出與TTL 兼容。8 路8 位AD 轉換器， 即分辨率8 位。具有啟動停止控制端。轉換時間為100s， 單個5V 電源供電， 模擬輸入電壓范圍05V， 不需零點和滿刻度校準。首先輸入3 位地址， 并使ALE1， 將地址存入地址鎖存器中。此地址經譯碼選通8 路模擬輸入之一到比較器。START 上升沿將逐次逼近寄存器復位。啟動AD轉換， 之后EOC 輸出信號變低， 指示轉換正在進行。直到AD 轉換完成， EOC 變?yōu)楦唠娖剑?指示AD

19、轉換結束，結果數據已存入鎖存器， 這個信號可用作中斷申請。當OE 輸入高電平時， 輸出三態(tài)門打開， 轉換結果的數字量輸出到數據總線上。 A/D轉換是把從熱電偶接收到的溫度模擬量轉換成溫度數字量輸送到單片 7 機里，以便可以用單片機進行控制。 圖5ADC0809管腳圖 引腳結構 （1）IN7IN0：8條模擬量輸入通道 （2）地址輸入和控制線：4條 （3）數字量輸出及控制線：11條 （4）電源線及其他：5條 輸入為8個可選通的模擬量IN0-IN7。至于ADC轉換器接收哪一路輸入信號由地址A、B、C控制的8路模擬開關實現。 同一時刻，ADC0809只接收一路模擬量輸入，不同時刻對8路模擬量進行模數轉

20、換。 8 圖6 8155與ADC接線圖 6、可控硅控制電路 雙向可控硅管和加熱絲串聯接在交流220V，50Hz交流試點回路。在給定的周期T內，8031只要改變可控硅管的接通時間便可改變加熱絲功率，以達到調節(jié)溫度的目的。圖3.5示出了可控硅管在給定周期T內具有不同接通時間的情況。顯然，可控硅在給定周期T的100%時間內接通的功率最大。 可控硅接通時間可以通過可控硅控制板上控制脈沖控制。該觸發(fā)脈沖由 9 百度搜索“就愛閱讀”,專業(yè)資料、生活學習,盡在就愛閱讀網,您的在線圖書館! 8031用軟件在P1.3引腳上產生，受過零同步脈沖后經光電耦合管和驅動器輸送到可控硅的控制極上。偏差控制的原理是先求出史

21、冊爐溫對所需爐溫的偏差值，然后對偏差值進行處理而獲得控制信號去調節(jié)電阻爐的功率，以實現對電阻爐的爐溫控制。 在工業(yè)上，偏差控制又稱為PID控制，這是工業(yè)控制中常用的控制形式，一般能收到令人滿意的效果。 控制論告訴人們， PID控制的理想方程是： 1deU?Kp(E?edt?TD)T1dt （3.1） 式中e 測量值與給定值之間的偏差; TD 微分時間: T - 積分時間; TTnUn?Kpen?e1?D(en?en?1)T1i?1T?Kpen?K1?e1?KD(en?en?1)i?1n （3.2） KP 調節(jié)器的放大系數. 將上式離散化得到數字PID位置式算法 式中在位置式算法的基礎之上得到數

22、字PID 增量式算法： ?Un?Kp(en?en?1)?K1en?K0(en?2en?1?en?2)?Kp?en?K1en?K0(?en?en?1) （3.3） 10 三、軟件設計 這次程序的軟件設計主要運用KEILVison3軟件，這個軟件是德國KEIL公司推出的51系列兼容單片機軟件開發(fā)系統。Vison3是集成的可視化Windows操作界面，其提供了豐富的庫函數和各種編譯工具，能夠對51系列單片機以及和51系列兼容的絕大部分類型的單片機進行設計。KEIL Vison3系列可以支持單片機C51程序設計語言，也可以直接進行匯編語言的設計與編譯。 KEILVison3系列的集成開發(fā)環(huán)境最高版本是

23、Vison3，版本號為V8.08。KEIL Vison3系列是一個非常優(yōu)秀的編譯器，受到廣大單片機設計者的廣泛使用。 其主要特點如下： 支持匯編語言、C51語言等多種單片機設計語言； 可視化的文件管理，界面友好； 支持豐富的產品線，除了51及其兼容內核的單片機外，還新增加了對ARM內核產品的支持； 具有完善的編譯連接工具； 具備豐富的仿真調試功能，可以仿真串口、并口、A/D、D/A、定時器/計數器以及中斷等資源，同時也可以和外部仿真器聯合進行在線調試； 內嵌RTX-51實時多任務操作系統； 支持在一個工作空間中進行多項目的程序設計。 支持多級代碼優(yōu)化。 1、 主程序 主程序主要完成加熱控制系統

24、各部件的初始化和實現各功能子程序的調用，以及實際測量中各個功能模塊的協調在無外部中斷申請時，單片機通過循環(huán)對外部溫度進行實時顯示。 應當注意：由于T0被設定為計數器方式2，初值為06H，故它的溢出中斷時間為250S。為了系統正常工作，T1中斷服務程序的執(zhí)行時間必須滿足T0的制一時間要求，因為T1的中斷是嵌套在T0中斷之中的。 11 圖7主程序流程圖 2、 T0中斷服務程序 T0中斷服務程序是溫度控制系統的主程序，用于啟動A/D轉換器，讀如數據采樣，數字濾波，越權溫度報警和處理，PID計算和輸出可控硅的同步觸發(fā)脈沖等。P1.3引腳上輸出的該同步脈沖寬度由T1計數器的溢出中斷控制，8031利用等待T1溢出中斷空隙時間完成把本次采樣數值轉換成顯示值而放入顯示緩沖區(qū)和調用溫度顯示程序，8031從T1中斷服務程序返回后便可以恢復現場和返回主程序，以等待下次T0中斷。 12 保護現場采樣爐溫數字濾波Ui（k）=Umax？NY本次越限標志送5FH清零5FH單元上限處理N恢復現場返回 Ui（k）Umax？N清上次越限標志NUi（k）Umin？ Ui（k）=Umin？YY本次越限標志下限報警取最大PID值輸出求補Y溫度顯示a計算PID求補從P1.3輸出初始化T1溫度標度轉化上次越限？Y越限計價器加1YN越限N次