計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)電阻爐溫度控制系統(tǒng)

1、微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)系統(tǒng)電阻爐溫度控制摘要：本設(shè)計(jì)采用直接數(shù)字控制（ DDC ）對(duì)加熱爐進(jìn)行控制，使其溫度穩(wěn)定在在某一個(gè)值 上。并且具有鍵盤輸入溫度給定值，LED數(shù)碼管顯示溫度值和溫度達(dá)到極限時(shí)提醒操作人員注意的功能。一.概述溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過程都與溫度密切相關(guān)，因此溫度控制是生產(chǎn)自動(dòng)化的重要任務(wù)。對(duì)于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制， 所采用的加熱方式，燃料，控制方案也有所不同。例如冶金、機(jī)械、食品、化工等各類工業(yè) 生產(chǎn)中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等；控 制方案有直接數(shù)字控制（DDC ）,推斷控制，預(yù)

2、測(cè)控制，模糊控制（Fuzzy），專家控制（ExpertControl），魯棒控制（Robust Control）,推理控制等。本設(shè)計(jì)的控制對(duì)象為一電加熱爐， 輸入為加在電阻絲兩斷的電壓， 輸出為電加熱爐內(nèi)的 溫度。輸入和輸出的傳遞函數(shù)為： G（s）=2/（S（S+1）。控溫范圍為100500 C,所采用的控制 方案為直接數(shù)字控制（DDC）中的最少拍控制。.溫度控制系統(tǒng)的組成框圖采用典型的反饋式溫度控制系統(tǒng)，組成部分見下圖。其中數(shù)字控制器的功能由微型機(jī)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。三. 溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及總述圖中由420mA變送器，I/V, A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成輸入通道，用于采集爐內(nèi)的溫度信號(hào)。其中，變送器選用 XT

3、R101，它將熱電偶信號(hào)（溫度信號(hào)）變?yōu)?420mA電流輸出，再由高 精密電流/電壓變換器RCV420將420mA電流信號(hào)變?yōu)?5V標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，以供 A/D轉(zhuǎn) 換用。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量與與爐溫的給定值數(shù)字化后進(jìn)行比較，即可得到實(shí)際爐溫和給定爐溫的偏差。爐溫的設(shè)定值由鍵盤輸入。由微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的數(shù)字控制器按最小拍進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算出所需要的控制量。數(shù)字控制器的輸出經(jīng)標(biāo)度變換后送給8253,由8253定時(shí)計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)變?yōu)楦叩碗娖降牟煌掷m(xù)時(shí)間，送至SCR觸發(fā)電路，觸發(fā)晶閘管并改變其導(dǎo)通角大小，從而控制電加熱爐的加熱電壓，起到調(diào)溫的作用。四. 溫度控制系統(tǒng)硬件與其詳細(xì)功能介紹1. 微型計(jì)算機(jī)的選擇選擇8086

4、微處理器構(gòu)成爐溫控制系統(tǒng)，使其工作于最小方式下。并配備以8284A時(shí)鐘發(fā)生器，8282 帶三態(tài)緩沖器的通用 8位地址鎖存器，8286 具有三態(tài)輸 出的8位雙極型總線收發(fā)器。其中，時(shí)鐘發(fā)生器8284A為CPU提供時(shí)鐘信號(hào)，經(jīng)時(shí)鐘同步的系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)RESET和準(zhǔn)備就緒信號(hào) READY ;地址鎖存器 8282是針對(duì)于8086CPU地址/數(shù)據(jù)線分時(shí)復(fù)用而設(shè)計(jì)配備的，它可以在8086CPU總線周期的T1狀態(tài)，利用ALE信號(hào)的下降沿將地址信息鎖存于其中；總線收發(fā)器8286是為了提高8086CPU數(shù)據(jù)總線的驅(qū)動(dòng)能力2. SCR觸發(fā)回路和主回路如圖所示為一晶閘管觸發(fā)電路。 包括脈沖觸發(fā)器（單穩(wěn)態(tài)電路，由IC1

5、和IC2組成）, 控制門，光電耦合器 4N25，放大器和雙向晶閘管。由全波整流電路得到的同步電壓使 晶體管BG1每半波導(dǎo)通一次。當(dāng)控制端為“1”高電平的時(shí)候，BG1的每次導(dǎo)通都會(huì)經(jīng) 由單穩(wěn)電路由IC2輸出一個(gè)負(fù)脈沖，該脈沖經(jīng)IC3反向后由光電耦合器和放大電路發(fā)大 后觸發(fā)晶閘管，在這一半周內(nèi)晶閘管基本上處于全導(dǎo)通狀態(tài)。若控制端為“0”低電平的時(shí)候，則單穩(wěn)態(tài)電路不輸出脈沖，在這一半周內(nèi)晶閘管也不導(dǎo)通。因此，可以改變控制端的電平，控制單穩(wěn)態(tài)電路每秒輸出的脈沖數(shù)，從而改變晶閘管每秒鐘內(nèi)導(dǎo)通的時(shí)間， 達(dá)到調(diào)壓的目的。與以下的電路相比較第一個(gè)電路的優(yōu)點(diǎn)在于晶閘管導(dǎo)通時(shí)基本處于全導(dǎo)通狀態(tài)，因此波形較好，包含

6、的諧波成分較少，因此對(duì)系統(tǒng)的干擾也較小。而第二個(gè)電路的缺點(diǎn)是加熱電阻兩端電壓波 形很差，包含了較多的諧波成分， 當(dāng)晶閘關(guān)導(dǎo)通角較小時(shí)由為如此，這些些波電壓可能會(huì)對(duì)周圍系統(tǒng)產(chǎn)生影響。3. 熱電偶的選擇熱電偶是常用的測(cè)溫元件， 它利用不同材料的導(dǎo)體一端緊密連接在一起產(chǎn)生的熱電勢(shì)效應(yīng)將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電勢(shì)信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用K型熱電偶一一鎳絡(luò)-鎳硅(線性度較好熱電勢(shì)較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性較好，抗氧化性強(qiáng)，價(jià)格便宜)對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)，參比端溫度為 20C。由以下公式可以計(jì)算出 K型熱電偶分別在100 C, 200 C,300 C, 400 C, 500 C時(shí)候的輸出電勢(shì)：E(100,20)=E(10

7、0,0)-E(20,0)=4.096mV-0.798 mV=3.298 mVE(200,20)=E(200,0)-E(20,0)=8.138mV-0.798 mV=7.34 mVE(300,20)=E(300,0)-E(20,0)=12.209mV-0.798 mV=11.411 mVE(400,20)=E(400,0)-E(20,0)=16.397mV-0.798 mV=15.599 mVE(500,20)=E(500,0)-E(20,0)=20.644mV-0.798 mV=19.846 mV4. 420mA變送器 XTR101XTR101為420mA線性化變送器，它可與鎳絡(luò)-鎳硅測(cè)溫傳感

8、器構(gòu)成精密的T/I變換。器件中的放大器適合很寬的測(cè)溫范圍，在-40C +85 C的工作溫度內(nèi)，傳送電流的總誤差不超過1%,供電電源可以從11.6V到40V,輸入失調(diào)電壓 土 2.5mV，輸入失調(diào) 電流20nA。XTR101外形采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳DIP封裝。(芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)與封裝見附錄)XTR101有如下兩種應(yīng)用于轉(zhuǎn)換溫度信號(hào)的典型電路：75. I/V 轉(zhuǎn)換器 RCV420RCV420是一種精密電流/電壓變換器，它能將420mA的環(huán)路電流變?yōu)?05V的電壓輸出，并且具有可靠的性能和很低的成本。 除具有精密運(yùn)放和電阻網(wǎng)絡(luò)外， 還集成有 10V基準(zhǔn)電源。對(duì)環(huán)路電流由很好的變換能力。具有 -25C+85

9、C和0C 70C的工作溫 度范圍，輸入失調(diào)電壓1mA，總的變換誤差0.1%,電源電壓范圍土 5± 18V。RCV420 的外形采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳DIP封裝。（芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)與封裝見附錄）它的典型應(yīng)用如下：RC ；!：15艮詡£11 計(jì) Out7 ft*? mm罌96 .A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809ADC0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的CMOS型8位28條引腳A/D轉(zhuǎn)換器。采用逐次逼近技術(shù)，輸出的數(shù)字信號(hào)由 TTL三態(tài)緩沖器順序控制，可以直接與數(shù)據(jù)總線相連。 分辨率為8位，精度為7位，時(shí)鐘頻率范圍在 101280kHz之間，單一 +5V電源供電, 數(shù)據(jù)具有三態(tài)輸出能力，易于和微處

10、理器相連。（芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)與封裝見附錄）ADC0809的典型應(yīng)用如下:MirnroI-匚toS«肛F|1討%UT«BtFC-lLSIAOCflMB7定時(shí)計(jì)數(shù)器82538253是In tel公司的使用單一 +5V電源供電，NMOS工藝制成的24條引腳的雙列 直插式芯片。具有3個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器，每一個(gè)都可以單獨(dú)作為定時(shí)器或者計(jì)數(shù)器使用， 且都可以按照二進(jìn)制或者十進(jìn)制計(jì)數(shù)，每個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)速率高達(dá) 2MHz ,最高的技術(shù)速率可達(dá)2.6MHz。所有的輸入輸出引腳都與 TTL電平兼容。（芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)與封裝見附錄）8253典型應(yīng)用如下圖所示:&LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片ICM7218AIC

11、M7218是一種多功能LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片，能驅(qū)動(dòng) 8位共陽或者共陰數(shù)碼管， 且輸出可以直接驅(qū)動(dòng) LED顯示器。其內(nèi)部主要由控制器，8*8靜態(tài)RAM，BCS譯碼，B碼和顯示字段譯碼器，掃描振蕩控制電路和顯示驅(qū)動(dòng)器等組成。ICM7218的外引線有寫入控制線 2條：WR和MODE ；數(shù)據(jù)線8條：ID0ID7;LED 顯示驅(qū)動(dòng)線16條；電源線2條。WR為寫選通信號(hào)，低電平有效。 MODE為寫入控制 字的寫入顯示數(shù)據(jù)控制線，當(dāng) MODE=1時(shí)，寫控制字；當(dāng) MODE=0是，寫數(shù)據(jù)。（芯 片內(nèi)部結(jié)構(gòu)與封裝見附錄）典型應(yīng)用如下圖所示：S.!08!3'a'els a9可編程并行I/O接口芯片82C55A82C55A是In tel公司的并行I/O接口芯片，40條引腳，雙列直插式封裝。DoD7位三態(tài)，雙向數(shù)據(jù)線，可與CPU總線直接相連。內(nèi)部由 3個(gè)端口 A，B，C。三個(gè)端口都具有8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器，只有 A端口具有輸入所鎖存器。（芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)與封裝見附錄）典型應(yīng)用如下圖所示:CONTROL WHpEFX3K1.3m -MODE 2 AD MODE Q 燈忡PUT I1 - litMD -OJTFJTINff*«*MODE 7 AND MODE Q (DUTHjT)10硬件地址分配列表A7A6A5A4A3A2A1A082C55 AA 口°0 :01