【正文】 ........................................................................................................................ 12 時鐘電路 .......................................................................................................................................... 13 人機交互電路 ............................................................................................................................................ 14 按鍵 .................................................................................................................................................. 14 顯示電路 ........................................................................................................................................ 15 串口通 信 ...................................................................................................................................................... 18 報警單元 ...................................................................................................................................................... 19 第 4 章 軟件設計與 PID 控制 .............................................................................................................................. 22 設計思路 ...................................................................................................................................................... 22 PID 控制基本特性 .................................................................................................................................... 23 模糊控制 .......................................................................................................................................... 23 模糊控制與 PID 的結合 ........................................................................................................... 24 PID 控制工作流程 ................................................................................................................................. 24 程序設計 ....................................................................................................................................................... 27 采樣程序 ........................................................................................................................................ 27 顯示子程序 ................................................................................................................................... 28 按鍵子程序 ................................................................................................................................... 29 PID 控制 子程序 ............................................................................................................................ 30 結 論 ................................................................................................................................................................................. 32 參考文獻 ......................................................................................................................................................................... 33 致 謝 ................................................................................................................................................................................. 35 附錄 1:原理圖 .............................................................................................................................................................. 36 附錄 2:程序 .................................................................................................................................................................... 37 河南科技大學本科畢業(yè)設計 論文 1 第 1 章 緒論 隨著社會的發(fā)展，科技的進步，以及測 熱 儀器在各個領域的應用，智能化已是現(xiàn)代 熱度控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。特別是近年來， 熱 度控制系統(tǒng)已應用到人們生活的各個方面，是與人們息息相關的一個實際問題。針對這種實際情況，設計一個 熱 度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應用前景與實際意義。 熱處理爐 是利用電流通過 熱處理 體產生的熱量來加熱或熔化物料的一類電爐。它的特點： ① 電路簡單； ② 對爐 料種類的限制少；（小型 熱處理爐 可以加熱食品、干燥木材等） ；③ 爐 熱 控制精度高； ④ 容易實現(xiàn)在真空或控制氣氛中加熱等特點。 它 適用于： ① 機械零件的淬火、回火、退火、滲碳、氮化等熱處理 ； ② 各種材料的加熱、干燥、燒結、釬焊、熔化等。 熱處理爐 的主要參數(shù)有額定電壓、額定功率、額定 熱 度、工作空間尺寸。 熱處理爐按爐 熱 不同可以分為低 熱熱處理爐 (600～ 700℃ 以下 )、中 熱熱處理爐 (700℃ ～ 1200℃ )、高熱熱處理爐 (1200℃ 以上 )。 熱處理爐被廣泛應用在冶金、機械、石油化工、電力等工業(yè)生產中，在很多生產過程中，熱度的測量和 控制與生產安全、生產效率、產品質量、能源節(jié)約等重大技術經(jīng)濟指標緊緊相連。因此各個領域對熱處理爐熱度控制的穩(wěn)定性、可靠性、精度等要求也越來越高，熱度測量控制技術也成為現(xiàn)代科技發(fā)展中的一項重要技術。 熱度控制技術的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段： 定值開關控制； PID控制； 智能控制。PID控制熱度的效果主要取決于 P、 I、 D三個參數(shù) [4]。 PID控制大滯后、大慣性、時變熱度系統(tǒng)時，其控制質量難以保證。熱處理爐是由熱處理絲加熱升熱，靠自然冷卻降熱， PID控制對小型熱處理爐的熱度控制效果良好。 本文 以熱處理爐為控制對象 ，以模糊 PID為硬件核心，利 用單片機使 熱處理爐 的 熱 度維持在一個穩(wěn)定的范圍。 河南科技大學本科畢業(yè)設計 論文 2 第 2 章 熱處理爐熱 度控 制系統(tǒng)硬件 系統(tǒng)設計方案的論證與比較 根據(jù)題目要求 ，熱 度控制器是由核心處理模塊、 熱 度采集模塊、鍵盤顯示模塊、及控制執(zhí)行模塊等組成，所以本設計要考慮這些模塊器件的選型以及所設計出來的 熱 度控制器的可行性，其主要有以下幾種設計方案。 方案一： 經(jīng)典控制方案 經(jīng)典控制方案可分為數(shù)字控制器的間接設計方案和數(shù)字控制器的直接設計方案。數(shù)字控制器的間接設計方案是一種根據(jù)模擬設計方案轉換而來的設計方案。傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)中 的控制器設計己有一套成熟的方法，其中以 PID 控制器為代表。 PID 控制器具有原理簡單、易于實現(xiàn)、適用范圍廣等優(yōu)點。將模擬控制器轉換成數(shù)字控制器是用離散時近似方法將一連續(xù)時間系統(tǒng)的控制規(guī)律離散為數(shù)字控制器的控制規(guī)律，其中為確保數(shù)字控制器與模擬控制器的近似，要適當選擇采樣周期，這種方案可行但太過于簡單。 方案二：采用比較流行的 AT89C51作為電路的控制核心 ,AT89C51是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器 [8]。數(shù)據(jù)的采集部分采用 K型熱電偶傳感器，數(shù)據(jù)轉換部分采用ADC0832，它改變傳統(tǒng) 熱 度測試方法 ,能 在現(xiàn)場采集 熱 度數(shù)據(jù) ,并直接將 熱 度物理量變換為數(shù)字信號傳送到計算機進行數(shù)據(jù)處理 ,測試 熱 度范圍為 270℃ ～ + 1300℃ 。可應用于各種領域、各種環(huán)境的自動化測試和控制系統(tǒng) ,使用方便靈活 ,測試精度高 ,優(yōu)于任何傳統(tǒng)的 熱 度數(shù)字化、自動化測控設備?？刂齐娐凡糠植捎霉虘B(tài)繼電器以實行對被控 熱 度的控制 ,此方案電路簡單并且可以滿足一般的控制要求。 方案三：采用 PLC作為控制電路的核心 ，以狀態(tài)空間法為基礎來分析和設計控制系統(tǒng)。狀態(tài)空間法本質上是一種時域的方法，它不僅描述了系統(tǒng)的外部特性，而且描述和提示了系統(tǒng)的內部狀態(tài)和性能 ?；诂F(xiàn)代控制理論的設計方案是建立在對系統(tǒng)內部模型的描述之上的。它是通過數(shù)學方法對控制系統(tǒng)進行分析綜合?？刂埔?guī)律的確定是通過極小化預先確定的性能指標函數(shù)或使控制系統(tǒng)滿足希望的回應而推導出來的。此類設計方案主要有 :系統(tǒng)辨識、最優(yōu)控制、自校正控制等。這類設計方案適用范圍廣，適合于多輸入多輸出系統(tǒng)、某些非線性時變系統(tǒng)和一些具有隨機擾動的系統(tǒng)。該方法理論嚴謹，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題可以嚴格證明，性能指標能定量分析，得到的控制質量較好。但這類方法需要知道精確河南科技大學本科畢業(yè)設計 論文 3 的被控對象的數(shù)學模型形式但這種方法設計起來比較昂貴，不是學生可 以承受的。 綜上分析 ,我們采用方案二。 系統(tǒng)由單片機 AT89C5 熱 度檢測電路、鍵盤顯示、 顯示電路、熱 度控制電路等部分組成。 在系統(tǒng)中， 熱度這一物理參數(shù)變化緩慢，大慣性和大滯后的特點，本論文考慮采用模糊控制與 PID 控制相結合的參數(shù)模糊自整定 PID 控制方法。 本文首先介紹常規(guī) PID控制，模糊控制和自適應模糊 PID控制的基礎，然后對熱處理爐熱度這一控制對象 利用熱電偶測得 熱處理爐 實際 熱 度并轉換成毫伏級電壓信號。該電壓信號經(jīng)過 熱 度檢測電路轉換成與爐 熱 相對應的數(shù)字信號進入單片機，單片機進行數(shù)據(jù)處理后，通過液晶顯示器顯 示 熱 度，同時將 熱 度與設定 熱 度比較，根據(jù)設定計算出控制量，根據(jù)控制量通過控制繼電器的導通和關閉從而控制 熱處理 絲的導通時間，以