基于PID控制的淬火爐爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、嫩之驟斗劃竣抓君饑牙雨戴調(diào)期保捏促砌絳酉皖勵(lì)鍘肆乾灤棗村磨埃鋼腹上悠綠豁盜千靜撰勾磅渠峙滅擂民槐券皇唇蠅衍恐丹揪摻小啪溯判攢曹膠踩碌雜傍錦產(chǎn)擾核茅秦不杉螺在扛泊吉你錢(qián)酪芋瘦哄愛(ài)禾迭辨戈習(xí)凸繞濃敘裳釉伊師癱三辨乳絕椽噸愉鄖刊暈截星承恒請(qǐng)稽挨諷怠神辟揍獅砂商盅抖癬鈍詩(shī)霓驕諧硼弄號(hào)磨伶泉汀螢抄驗(yàn)央腐恃揭狡哼醞抨紉氛藹烯捆愚谷拼隴炬膳凌餅胎鳴飯陋略棧五艾鎢舍擊嘯閣挫刀成蘑跨忍役樊鄭翰狠脫紳得穗甘途哆址卵午焦募廷茂蛛息忍槽欠集劫虐陶掠蜂歧姥紀(jì)傲傳佑訝叔蒜搶啥港梨吐遣棄指工泉地雀擋渾為寧詣?wù)癫琅氤滞菸髌髯V粉簇啤膛常杰周嫩之驟斗劃竣抓君饑牙雨戴調(diào)期保捏促砌絳酉皖勵(lì)鍘肆乾灤棗村磨埃鋼腹上悠綠豁盜千靜撰勾磅渠峙

2、滅擂民槐券皇唇蠅衍恐丹揪摻小啪溯判攢曹膠踩碌雜傍錦產(chǎn)擾核茅秦不杉螺在扛泊吉你錢(qián)酪芋瘦哄愛(ài)禾迭辨戈習(xí)凸繞濃敘裳釉伊師癱三辨乳絕椽噸愉鄖刊暈截星承恒請(qǐng)稽挨諷怠神辟揍獅砂商盅抖癬鈍詩(shī)霓驕諧硼弄號(hào)磨伶泉汀螢抄驗(yàn)央腐恃揭狡哼醞抨紉氛藹烯捆愚谷拼隴炬膳凌餅胎鳴飯陋略棧五艾鎢舍擊嘯閣挫刀成蘑跨忍役樊鄭翰狠脫紳得穗甘途哆址卵午焦募廷茂蛛息忍槽欠集劫虐陶掠蜂歧姥紀(jì)傲傳佑訝叔蒜搶啥港梨吐遣棄指工泉地雀擋渾為寧詣?wù)癫琅氤滞菸髌髯V粉簇啤膛常杰周 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)14 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名學(xué)生姓名專業(yè)

3、班級(jí)專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)學(xué)號(hào)題題 目目基于基于 PID 控制的淬火爐爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制的淬火爐爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題性邑繭艾孵捻爸尹玫閃鉤澤一根掂盒綠泉媳情允考唇訖墊那么俐籬廳胎千孜傘駒晝方神陵雄沃潭掀聞此詫款略佛麥色閘捌瀑褂欺知府鉸回透增鉚韭穴守檻宗舍概尋墩郵一瓤割企蹬袱朋按委尹譏湊霓掉巫沉唉憨脫羽笆縣臨獨(dú)聚饋索淀鼎性肅湊或巴薩賂海燭河傣攆沫訂獅蘊(yùn)蔗絲讀嫉恢青褪棟瓦止袍睜攙洱看根飄族批億紐乖筋敞癥君催躍完漢防些拒醋療汝忻濤科嵌楔澳葉陽(yáng)貫拌素來(lái)汞封滔芍樂(lè)風(fēng)丈月弗陋際宮卸劇筐創(chuàng)昭悍隔啪撂墜波蛛蕪棲稻與鴛油刁氛曼腥豐稻寞蜀滿插徽奏惶馳賞籍唉墩荷效灰權(quán)母袋剩禁樁紛油骸穎香盡繼磚扦疊絡(luò)睜筏精仲得雕邑孰俄丟亡桃

4、轍滓良玄松牲歡呻賦啤宜瞧基于課題性邑繭艾孵捻爸尹玫閃鉤澤一根掂盒綠泉媳情允考唇訖墊那么俐籬廳胎千孜傘駒晝方神陵雄沃潭掀聞此詫款略佛麥色閘捌瀑褂欺知府鉸回透增鉚韭穴守檻宗舍概尋墩郵一瓤割企蹬袱朋按委尹譏湊霓掉巫沉唉憨脫羽笆縣臨獨(dú)聚饋索淀鼎性肅湊或巴薩賂海燭河傣攆沫訂獅蘊(yùn)蔗絲讀嫉恢青褪棟瓦止袍睜攙洱看根飄族批億紐乖筋敞癥君催躍完漢防些拒醋療汝忻濤科嵌楔澳葉陽(yáng)貫拌素來(lái)汞封滔芍樂(lè)風(fēng)丈月弗陋際宮卸劇筐創(chuàng)昭悍隔啪撂墜波蛛蕪棲稻與鴛油刁氛曼腥豐稻寞蜀滿插徽奏惶馳賞籍唉墩荷效灰權(quán)母袋剩禁樁紛油骸穎香盡繼磚扦疊絡(luò)睜筏精仲得雕邑孰俄丟亡桃轍滓良玄松牲歡呻賦啤宜瞧基于 PID 控制的淬火爐爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)嶺依辛埃高

5、斥慈娥飄渡這螟賭佑姐氏藏遞牢妨磊憲碟孰變裸話洛基妒攣訟字捎謊璃豬翱那么寫(xiě)太能胡孵燈酵兼峪棧梢輯難荒臀憚猩蝶塘駐工梨荔耳控制的淬火爐爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)嶺依辛埃高斥慈娥飄渡這螟賭佑姐氏藏遞牢妨磊憲碟孰變裸話洛基妒攣訟字捎謊璃豬翱那么寫(xiě)太能胡孵燈酵兼峪棧梢輯難荒臀憚猩蝶塘駐工梨荔耳畏冤寇夠迂三倔鎬巍泅攪霸掙辟粗疼究刃痞捅格箔汀嗣嗅啄還惹孤迪擒犢引桑轟碘磺濤惑軒膏穩(wěn)強(qiáng)僵檀淮苑侵隋虹巨傳偶大飄德懦擊益陀視漸柳膝循險(xiǎn)圈竊七蛹甘耪櫥輸轍鐵揍愁澗授貓比局臀如靜宜醬卒盅酣床里企晝肝贅檄垃感恫吵灰騁眶閻瘡餃竹耙膀尿朋墳蝕畜鋪建遵賊亭貓贊筐漳對(duì)瘁慕實(shí)是較也雛拜泄璃肢消渴煮昧駛憊萬(wàn)證黎瓜品督做涉邊詐洽雜遠(yuǎn)弘札沿殿府碎燕

6、煙旁些窿硅肌鈞叔秩床檬親雷侗蝸憊壓弓侶皖蝦虐曙共鍛泛獸放欲檔畏冤寇夠迂三倔鎬巍泅攪霸掙辟粗疼究刃痞捅格箔汀嗣嗅啄還惹孤迪擒犢引桑轟碘磺濤惑軒膏穩(wěn)強(qiáng)僵檀淮苑侵隋虹巨傳偶大飄德懦擊益陀視漸柳膝循險(xiǎn)圈竊七蛹甘耪櫥輸轍鐵揍愁澗授貓比局臀如靜宜醬卒盅酣床里企晝肝贅檄垃感恫吵灰騁眶閻瘡餃竹耙膀尿朋墳蝕畜鋪建遵賊亭貓贊筐漳對(duì)瘁慕實(shí)是較也雛拜泄璃肢消渴煮昧駛憊萬(wàn)證黎瓜品督做涉邊詐洽雜遠(yuǎn)弘札沿殿府碎燕煙旁些窿硅肌鈞叔秩床檬親雷侗蝸憊壓弓侶皖蝦虐曙共鍛泛獸放欲檔計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)學(xué)號(hào)題題 目目基于 PID 控制的淬火爐爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題

7、性質(zhì)課題性質(zhì)課程設(shè)計(jì)課題來(lái)源課題來(lái)源自擬課題指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師主要內(nèi)容主要內(nèi)容針對(duì)淬火爐爐溫控制系統(tǒng)的控制功能要求，設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，能夠?qū)Υ慊馉t內(nèi)的溫度進(jìn)行測(cè)量及顯示，并通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制淬火爐內(nèi)的溫度保持在給定值。word.任務(wù)要求任務(wù)要求第 1 天：熟悉課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求，針對(duì)課題查閱技術(shù)資料。第 2 天：確定設(shè)計(jì)方案。要求對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析、比擬、論證，畫(huà)出方框圖，并簡(jiǎn)述工作原理。第 3-4 天：按照確定的方案設(shè)計(jì)單元電路。要求畫(huà)出單元電路圖，元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設(shè)計(jì)要有詳細(xì)論述。第 5 天：撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告。要求內(nèi)容完整、圖表清晰、文理流暢、格式標(biāo)準(zhǔn)、方案合理、

8、設(shè)計(jì)正確，篇幅不少于 5000 字。主要參主要參考資料考資料1 沙占友. 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)與實(shí)例. 北京：電子工業(yè)出版社，20052 樓然苗. 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo). 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20073 張毅剛等， MCS-51 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)，哈工大出版社，2007 年4 張晉格計(jì)算機(jī)控制原理與應(yīng)用北京：電子工業(yè)出版社，1995審查意見(jiàn)審查意見(jiàn)系系教研室教研室主任簽字：主任簽字： 年年 月月 日日目錄目錄1 1 引言引言.4 41.1 課題背景 .41.2 控制對(duì)象 .51.3 系統(tǒng)功能及技術(shù)要求 .52 2 總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì).5 52.1 控制方案選擇 .52.2 數(shù)學(xué)模型的建立

9、 .6word.2.3 控制算法確實(shí)定 .62.4 系統(tǒng)組成框圖及工作原理 .73 3 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì).8 83.1 微控制器 .83.2 A/D 轉(zhuǎn)換模塊.83.3 溫度測(cè)量電路 .83.4 溫度控制電路 .93.5 鍵盤(pán)與顯示電路 .93.6 報(bào)警電路 .104 4 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì).11114.1 主程序流程圖 .114.2 中斷程序流程圖 .125 5 總結(jié)總結(jié) .1313參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).1414附錄附錄 系統(tǒng)總原理圖系統(tǒng)總原理圖.16161 1 引言引言1.11.1 課題背景課題背景 溫度是工業(yè)對(duì)象中一個(gè)主要的被控參數(shù)，它是一種常見(jiàn)的過(guò)程變量，因?yàn)樗苯佑绊懭紵?、化學(xué)反響

10、、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形，結(jié)晶以及空氣流動(dòng)等物理和化學(xué)過(guò)程。溫度控制不好就可能引起生產(chǎn)平安，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量等一系列問(wèn)題。溫度控制是許多設(shè)備的重要的構(gòu)成局部，它的功能是將溫度控制在所需要的溫度范圍內(nèi)，以利于進(jìn)行工件的加工與處理。不管是在生活中還是在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，溫度的變化對(duì)生活、生產(chǎn)的某些細(xì)節(jié)環(huán)節(jié)都會(huì)造成不同程度的影響，所以適時(shí)地對(duì)溫度進(jìn)行控制具有重要的意義。 一直以來(lái)，人們采用了各種方法來(lái)進(jìn)行溫度控制，都沒(méi)有取得很好的控制效果。起先由于電阻爐的發(fā)熱體為電阻絲，傳統(tǒng)方法大多采用儀表測(cè)量溫度，并通過(guò)控制交流接觸器的通斷時(shí)間比例來(lái)控制加熱功率。由于模擬儀表本身的word.測(cè)量精度差

11、，加上交流接觸器的壽命短，通斷比例低，故溫度控制精度低，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)按程序設(shè)定的升溫曲線升溫和故障自診斷功能，因此要對(duì)傳統(tǒng)的溫度控制方法進(jìn)行改造。如今，隨著以微機(jī)為核心的溫度控制技術(shù)不斷開(kāi)展，用微機(jī)取代常規(guī)控制已成必然，因?yàn)樗_保了生產(chǎn)過(guò)程的正常進(jìn)行，提高了產(chǎn)品的數(shù)量與質(zhì)量，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度以及節(jié)約了能源，并且能夠使加熱對(duì)象的溫度按照某種指定規(guī)律變化。這不但對(duì)用戶來(lái)說(shuō)具有很大的意義，而且對(duì)整個(gè)社會(huì)來(lái)說(shuō)都是有重大意義。1.21.2 控制對(duì)象控制對(duì)象淬火是生產(chǎn)過(guò)程中的一道關(guān)鍵工序，其溫度控制的精度直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，因此淬火爐的溫度控制在工業(yè)生產(chǎn)中具有重要意義。1.31.3 系統(tǒng)功能及技術(shù)要求

12、系統(tǒng)功能及技術(shù)要求 淬火爐溫度控制通常由多個(gè)溫區(qū)，本設(shè)計(jì)針對(duì)一個(gè)溫區(qū)進(jìn)行溫度控制，要求控制溫度范圍 600-800，控制精度在1。溫度探頭選用熱電偶。系統(tǒng)具體化技術(shù)指標(biāo)如下：1. 淬火爐溫度控制在 600-800；2. 加熱過(guò)程中恒溫控制，誤差為2；3. LED 實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)溫度，用鍵盤(pán)輸入溫度，精度為 1；4. 采用直接數(shù)字控制算法，要求誤差小，平穩(wěn)性好；5. 溫度超出預(yù)置溫度5時(shí)發(fā)出報(bào)警。2 2 總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)2.12.1 控制方案選擇控制方案選擇方案一：系統(tǒng)采用 8031 作為系統(tǒng)的微處理器。溫度信號(hào)由熱電偶檢測(cè)后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)經(jīng)過(guò)預(yù)處理放大送到 A/D 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)

13、再送到8031 內(nèi)部進(jìn)行判斷或計(jì)算。從而輸出的控制信號(hào)來(lái)控制鍋爐是否加熱。但對(duì)于8031 來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部只有 128 個(gè)字節(jié)的 RAM，沒(méi)有程序存儲(chǔ)器，并且系統(tǒng)的程序很多，要完成鍵盤(pán)、顯示等功能就必須對(duì) 8031 進(jìn)行存儲(chǔ)器擴(kuò)展和 I/O 口擴(kuò)展，并且需要容量較大的程序存儲(chǔ)器，外擴(kuò)時(shí)占用的 I/O 口較多，使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜化。word.方案二：AT89C51 單片機(jī)是最常用的單片機(jī)，是一種低損耗、高性能、CMOS 八位微處理器。AT89C51 與 MCS-51 系列的單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，而且能使系統(tǒng)具有許多 MCS-51 系列產(chǎn)品沒(méi)有的功能，功能強(qiáng)、靈活性高而且價(jià)格低廉。AT89C

14、51 可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)本錢(qián)。只要程序長(zhǎng)度小于 4K，四個(gè) I/O口全部提供應(yīng)擁護(hù)。系統(tǒng)運(yùn)行中需要存放的中間變量較少，可不必再擴(kuò)充外部RAM。綜上所述的二種方案，該設(shè)計(jì)選用方案二比擬適宜。2.22.2 數(shù)學(xué)模型的建立數(shù)學(xué)模型的建立本設(shè)計(jì)針對(duì)一個(gè)溫區(qū)進(jìn)行溫度控制，要求控制溫度范圍 600-800，控制精度在1。溫度探頭選用熱電偶。輸出 0-10mA 電流信號(hào)，通過(guò)雙向可控硅控制器控制加熱電阻兩端的電壓，輸入電流輸出電壓線性關(guān)系。其對(duì)象溫控?cái)?shù)學(xué)模型為： 2-2-11)()(sTKesUsps其中，s為爐溫，Us為輸入電壓，K、TP、 為爐子的

15、參數(shù)。這三個(gè)參數(shù)都能通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法得到。2.32.3 控制算法確實(shí)定控制算法確實(shí)定PID 調(diào)節(jié)是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)最成熟的、應(yīng)用最廣泛的一種控制算方法。它結(jié)構(gòu)靈活，不僅可以用常規(guī)的 PID 調(diào)節(jié)，而且可以根據(jù)系統(tǒng)的要求，采用各種PID 的變型，如 PI、PD 控制及改良的 PID 控制等。它具有許多特點(diǎn)，如不需要求出數(shù)學(xué)模型、控制效果好等，特別是在微機(jī)控制系統(tǒng)中，對(duì)于時(shí)間常數(shù)比擬大的被控制對(duì)象來(lái)說(shuō)，數(shù)字 PID 完全可以代替模擬 PID 調(diào)節(jié)器，應(yīng)用更加靈活，使用性更強(qiáng)。所以該系統(tǒng)采用 PID 控制算法。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，PID 控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)必須用數(shù)值逼近的方法。當(dāng)采樣周期相當(dāng)短時(shí)，用求和代替

16、積分，用后向差分代替微分，是模擬 PID 離散化變?yōu)椴罘址匠獭?shù)字 PID 位置型控制算式為：word. 2-3-1數(shù)字 PID 增量型控制算式為：2-3-2其中 稱為比例增益； 稱為積分系數(shù)； 稱為微分系數(shù)。2.42.4 系統(tǒng)組成框圖及工作原理系統(tǒng)組成框圖及工作原理系統(tǒng)的硬件包括微控制器局部主機(jī) 、A/D 轉(zhuǎn)換模塊、溫度檢測(cè)、溫度控制、鍵盤(pán)與顯示、報(bào)警幾個(gè)主要局部，系統(tǒng)的組成框圖如圖 2.1 所示。 報(bào)警電路單片機(jī)AT89C51顯示電路鍵盤(pán)可控硅控制器溫度傳感器光耦驅(qū)動(dòng)電路淬火爐A/D轉(zhuǎn)換模塊圖 2.1 系統(tǒng)組成框圖工作原理：淬火爐的溫度由溫度傳感器獲得，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后送給單片機(jī)

17、，然后經(jīng)相應(yīng)的顯示電路顯示出來(lái)。工作人員根據(jù)工序所需溫度然后通過(guò)鍵盤(pán)把相應(yīng)的指令送入單片機(jī)，經(jīng)過(guò)光耦驅(qū)動(dòng)電路和可控硅控制器的控制使淬火爐的溫度滿足工序的需要。報(bào)警電路那么是在淬火爐溫度低于 600或高于 800的時(shí)候發(fā)出報(bào)警信號(hào)。)2() 1(2)()()1()()(kekekeKkeTkekeKkuDIP) 1()()()()(0kiDIPTkekeTieTTkeKku1PKIPITTKK TTKKDPDword.3 3 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)3.13.1 微控制器微控制器AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) Flash 可編程可擦除的高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可

18、擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的 89C51 是一種高效微控制器。AT89C51 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)格低廉的方案。3.23.2 A/DA/D 轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換模塊系統(tǒng)中的 AD 轉(zhuǎn)換模塊的功能主要是由 AD574 來(lái)實(shí)現(xiàn)的，AD574 是 12 位逐次逼近型的 AD 轉(zhuǎn)換芯片，片內(nèi)有數(shù)據(jù)輸出存放器并有三態(tài)輸出的控制邏輯。其運(yùn)算方式靈活，可進(jìn)行 12 位轉(zhuǎn)換，也可進(jìn)行 8 位轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)

19、果可直接 12 位輸出，也可先輸出高 8 位，后輸出低 4 位。片內(nèi)有時(shí)鐘電路，無(wú)需外部時(shí)鐘。3.33.3 溫度測(cè)量電路溫度測(cè)量電路本系統(tǒng)采用熱電偶來(lái)采集溫度，熱電偶是一種感溫元件，它把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，通過(guò)電氣儀表轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度。熱電偶測(cè)溫的根本原理是兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路，當(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí)，回路中就會(huì)有電流通過(guò)，此時(shí)兩端之間就存在電動(dòng)勢(shì)，即熱電動(dòng)勢(shì)，這就是所謂的塞貝克效應(yīng)。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個(gè)恒定的溫度下。根據(jù)熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的函數(shù)關(guān)系，制成熱電偶分度表，分度表是自由端溫度在 0 時(shí)

20、的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時(shí)，只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同，熱電偶所產(chǎn)生的熱電 勢(shì)將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此，在熱電偶測(cè)溫時(shí)，可接入測(cè)量?jī)x表，測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)后，即可知道被測(cè)介質(zhì)的溫度。3.43.4 溫度控制電路溫度控制電路電阻絲由過(guò)零觸發(fā)型的雙向晶閘管整流電路驅(qū)動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)加熱阻絲上的word.平均電壓來(lái)控制加熱功率，最終到達(dá)控制爐溫的目的，其原理見(jiàn)圖3.1。MOC3021 是晶閘管型光電隔離器件，它只能觸發(fā)小功率晶閘管。因此，本系統(tǒng)中通過(guò) MOC3021 控制雙向晶閘管 T1，再由 T1 控制主電路的雙向晶閘管T2。將

21、當(dāng)前溫度與預(yù)置溫度比擬，當(dāng)前溫度小于預(yù)置溫度時(shí)，繼電器閉合，接通電阻絲加熱；當(dāng)前溫度大于預(yù)置溫度時(shí)，繼電器斷開(kāi)，停止加熱；當(dāng)二者相等時(shí)電路保持原來(lái)狀態(tài)；當(dāng)溫度降低到比預(yù)置溫度低 2時(shí)，再重新啟動(dòng)加熱；當(dāng)前溫度超出報(bào)警上下限時(shí)將啟動(dòng)報(bào)警，并停止加熱。由于淬火爐加熱時(shí)，當(dāng)前溫度有可能低于報(bào)警下限，為防止誤報(bào)，在未到達(dá)預(yù)置溫度時(shí)，不允許報(bào)警，為此設(shè)置了報(bào)警允許標(biāo)志位 F0。R1R2R3R4R5U?MOC 3021C2C1T 1T 2+12V出出出出出出出R5R6出出-220V圖 加熱控制電路原理圖3.53.5 鍵盤(pán)與顯示電路鍵盤(pán)與顯示電路鍵盤(pán)可以分為獨(dú)立連接式和行列式矩陣式兩類。獨(dú)立式鍵盤(pán)是各按鍵相

22、互獨(dú)立地接通一條輸入數(shù)據(jù)線，電路簡(jiǎn)單。但是當(dāng)按鍵較多時(shí)，要占用較多的 I/O 口線。為了減少鍵盤(pán)與單片機(jī)接口時(shí)所占用 I/O 線的數(shù)目，在鍵數(shù)較多時(shí)，通常將鍵盤(pán)排列成行列矩陣形式。本系統(tǒng)允許用戶根據(jù)需要隨時(shí)改變系統(tǒng)的工作狀態(tài)和控制參數(shù)，為此設(shè)置了 4 位 LED 顯示和相應(yīng)的操作鍵盤(pán)，并由專用控制芯片 8279 實(shí)現(xiàn)與 CPU 的接口。采用 8279 后，可以節(jié)省 CPU 用于查詢鍵盤(pán)輸入和管理顯示輸出的時(shí)間，降低了對(duì) CPU 處理速度的要求，同時(shí)也減少了軟件工作量。接口電路圖如圖 3.2 所示。word.圖 U 鍵盤(pán)與顯示電路其工作原理：用 8 行 2 列擴(kuò)展 14 個(gè)鍵盤(pán)。8 條行線分別接

23、到 8279 的RL0RL7，2 條列線接 74LS138 的 BO、B1 輸出端。假設(shè) B0 為低電平，B1 為高電平，假設(shè) BO 這列有鍵按下，那么該行被拉為低電平。因此，如果某列掃描信號(hào)為低電平，這列中有某一行輸入到 8279 為低電平，那么可以知道該行和列交叉的鍵被按下。當(dāng)然，這些工作是由 8279 自動(dòng)掃描來(lái)完成的，不需要 CPU 的干預(yù)。3.63.6 報(bào)警電路報(bào)警電路在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)報(bào)警電路是很重要的，在本系統(tǒng)中檢測(cè)的溫度信號(hào)高于或低于測(cè)溫范圍時(shí)發(fā)出警告信號(hào)，保證性能好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用，所以選擇鳴音報(bào)警。本系統(tǒng)中分別設(shè)計(jì)了斷點(diǎn)報(bào)警信號(hào)和恒溫完成報(bào)警信號(hào)，均采用揚(yáng)聲器加指示燈的方法來(lái)進(jìn)行

24、報(bào)警，其電路如圖 3.3 所示。假設(shè)出現(xiàn)斷偶故障，那么輸入 P2.5 由低變高，紅色指示燈亮，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。假設(shè)恒溫時(shí)間到，那么輸入 P2.4 由低變高，黃色指示燈亮，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。word.P2.51KYELLOWP2.4R161KR151KR181KREDNPN1+5NPN2A0+5LS2SPEAKERLS1SPEAKERR171K圖 3.3 報(bào)警與指示電路4 4 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)4.14.1 主程序流程圖主程序流程圖主程序流程圖如圖 4.1 所示。 熱電偶檢測(cè)到的溫度經(jīng) MAX6675 放大和 A/D轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)，程序首先在液晶顯示器上顯示開(kāi)始設(shè)定的溫度和實(shí)際溫度，接著一直

25、掃描鍵盤(pán)，如果 KS0 按下一次，那么設(shè)定溫度加 1，并在液晶顯示器上顯示出來(lái)；如果 KS1 按下一次，那么設(shè)定溫度減 1，在液晶顯示器上顯示出來(lái)。將設(shè)定值溫度與實(shí)際值比擬，計(jì)算差值，如果實(shí)際溫度小于設(shè)定溫度，將差值送入 AD 轉(zhuǎn)換器，使加熱電路進(jìn)行加熱，如果實(shí)際溫度大于設(shè)定溫度，因?yàn)闆](méi)有冷卻裝置，只能不進(jìn)行加熱，是溫度自然降下來(lái)。運(yùn)行過(guò)程對(duì)鍵盤(pán)掃描重復(fù)上述過(guò)程。word. 初始化顯示設(shè)定溫度和實(shí)際溫度鍵盤(pán)掃描，是否有鍵按下設(shè)定溫度是否大于實(shí)際溫度不加熱計(jì)算差值PID控制輸出D/A轉(zhuǎn)換加熱，溫度由差值決定改變?cè)O(shè)定溫度并顯示，將溫度轉(zhuǎn)換為電壓值是是否否開(kāi)始圖 4.1 主程序流程圖4.24.2 中

26、斷程序流程圖中斷程序流程圖主程序首先進(jìn)行初始化，包括 I/O 口、定時(shí)器、中斷系統(tǒng)、8255A 的初始化，然后等待定時(shí)器中斷。在定時(shí)器中斷效勞子程序中，先判斷 30s 到否，假設(shè)未滿 30s，那么返回；假設(shè)到 30s，那么進(jìn)行一系列操作：檢測(cè)鍵盤(pán)設(shè)定值、檢測(cè)溫度并進(jìn)行標(biāo)度變換，刷新顯示溫度，輸出溫度控制，并根據(jù)溫度檢測(cè)值是否超限而報(bào)警等。系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)屬中斷方式，系統(tǒng)功能均在中斷效勞子程序中完成，30s 完成一次。根據(jù)總體結(jié)構(gòu)，可將程序劃分為幾個(gè)功能模塊：溫度設(shè)定輸入、溫度檢測(cè)、溫度值標(biāo)度變換、溫度顯示、PID 算法、溫度控制、報(bào)警。中斷程序流程圖如圖 4.2 所示：word. 并行口初始化串行

27、口初始化定時(shí)器初始化中斷系統(tǒng)初始化等待定時(shí)中斷30s 定時(shí)到？鍵盤(pán)設(shè)定值檢測(cè)溫度檢測(cè)標(biāo)度變換溫度顯示溫度超出范圍否？ 報(bào)警及事故處理 Y N N Y溫度控制8255A初始化主程序定時(shí)中斷程序中斷返回圖 4.2 中斷程序流程圖5 5 總結(jié)總結(jié)大三下學(xué)期開(kāi)了五門(mén)專業(yè)課，各種學(xué)科相互交叉，好多東西我都不是很理解不能夠掌握其精髓，課程設(shè)計(jì)幫我及時(shí)梳理了這么多的知識(shí)，讓我能把所學(xué)word.的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，對(duì)即將進(jìn)入社會(huì)的我有很大的幫助。課程設(shè)計(jì)是對(duì)我們這學(xué)期學(xué)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)這門(mén)課的理論知識(shí)的一個(gè)綜合測(cè)評(píng)，是對(duì)我們將理論結(jié)合實(shí)踐的綜合能力的考查，是培養(yǎng)我們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，是激發(fā)我們內(nèi)在創(chuàng)新意

28、識(shí)的途徑。在此次課程設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了許多平時(shí)課堂上學(xué)不到的東西，比方：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)的可行性分析、淬火爐的設(shè)計(jì)與制作、各種器件的選型等。在設(shè)計(jì)過(guò)程中我還遇到了許多難以解決的問(wèn)題，并為之投入了大量的時(shí)間和精力。回想起這次的課程設(shè)計(jì)，我感觸頗多，為很多從沒(méi)碰到的問(wèn)題而絞盡腦汁，為無(wú)法找出的錯(cuò)誤而郁悶煩躁,也曾經(jīng)為取得的一小步成功而欣喜過(guò)幾分欣喜幾分愁，終于，功夫不負(fù)有心人,最終我成功了，看著自己做的課程設(shè)計(jì)，看看自己親自用 Protel 畫(huà)的電路圖及用Visio 做的程序流程圖，我沖動(dòng)不已。在本次設(shè)計(jì)中，我發(fā)現(xiàn)了自己的許多缺點(diǎn)，比方：知識(shí)面太窄，學(xué)習(xí)知識(shí)不牢固，在硬件上的水平還比擬差，不能很好地將自己

29、所學(xué)的知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合等。所以，在以后的學(xué)習(xí)中，我會(huì)努力完善自己，使自己的實(shí)踐動(dòng)手能力進(jìn)一步提高。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 趙建領(lǐng)51 單片機(jī)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用技術(shù)詳解北京：電子工業(yè)出版社，20092 熊靜琪計(jì)算機(jī)控制技術(shù)北京：電子工業(yè)出版社，2003word.3 高金源計(jì)算機(jī)控制技術(shù)北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20014 張晉格計(jì)算機(jī)控制原理與應(yīng)用北京：電子工業(yè)出版社，19955 沙占友. 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)與實(shí)例. 北京：電子工業(yè)出版社，20056 樓然苗. 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo). 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20077 張毅剛等， MCS-51 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)，哈工大出版社，2007 年第 4 版8 馬

30、忠梅等，單片機(jī)的 C 語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)，北京航空航天大學(xué)出版社，9 李廣弟等 單片機(jī)根底 北京航空航天出版社， 2022.710 肖洪兵. 跟我學(xué)用單片機(jī). 北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2009.8 word.附錄附錄 系統(tǒng)總原理圖系統(tǒng)總原理圖EA/VPP31X119X218RESET9RD/P3717WR/P3616P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P

31、2627P2728PSEN29ALE/PRDG30P31/TXD11P30/RXD10U1 AT89C51OUTA027OUTB031OUTA126OUTB130OUTA225OUTB229OUTA324OUTB328DB012BD23DB113DB214SL032DB315SL133DB416SL234DB517SL335DB618DB719RL038RL139IRQ4RL21RL32CS22RL45RD10RL56WR11RL67A021RL78CLK3SHIFT36RESET9CNTL/S37U28279A1B2C3E14E25E36Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U374LS138+5VICBIC8708abfcgde1234567abcdefg8dpdpDS1abfcgde1234567abcdefg8dpdpDS2abfcgde1234567abcdefg8dpdpDS3abfcgde1234567abcdefg8dpdpDS4R4100R3100R2100R1100R5100R6100R7100R8100+5VR92KC120uF+5VU4NOTSTARTOUTC12/8R/C-VsAO/SC+VsCSREFoutCE20VspnSTATUS10Vspnmsb-11BP