【正文】 系統(tǒng)原理綜述 ................................................. 21 第 6 章 課程設(shè)計總結(jié) ................................................. 23 參考文獻 ............................................................ 24 本科生課程設(shè)計（論文） 5 第 1章 緒論 加熱爐 溫度控制器 概況 隨著社會的發(fā)展，溫度的測量及控制變得越來越重要。溫度是生產(chǎn)過程和科學實驗中普遍而且重要的物理參數(shù)。在工業(yè)生產(chǎn)過程中為了高效地進行生產(chǎn)，必須對生產(chǎn)工藝過程中的主要參數(shù)，如溫度，壓力，流量， 速度等進行有效的控制。其中溫度的控制在生產(chǎn)過程中占有相當大的比例。準確測量和有效控制溫度是優(yōu)質(zhì)，高產(chǎn)，低耗和安全生產(chǎn)的重要條件。在工業(yè)的研制和生產(chǎn)中，為了保證生產(chǎn)過程的穩(wěn)定運行并提高控制精度，采用微電子技術(shù)是重要的途徑。它的作用主要是改善勞動條件，節(jié)約能源，防止生產(chǎn)和設(shè)備事故，以獲得好的技術(shù)指標和經(jīng)濟效益。 加熱爐是將物料或工件加熱的設(shè)備。按熱源劃分有燃料加熱爐、電阻加熱爐、感應(yīng)加熱爐、微波加熱爐等。 應(yīng)用遍及石油、化工、冶金、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(lǐng)域。 加熱爐 按 爐溫分布，爐膛沿長度方向 可 分為預(yù)熱段、加熱段和均熱段 。 作為控制系統(tǒng)中的一個典型實驗設(shè)計，單片機溫度控制系統(tǒng)綜合運用了微機原理、自動控制原理、 傳感器原理、 模擬電子技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)、鍵盤顯示技術(shù)等諸多方面的知識，是對所學知識的一次綜合 運用 。 本課題采用 98c51 單片機來對溫度進行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標。 本 文研究內(nèi)容 溫度是工業(yè)控制中主要的被控參數(shù)之一，特別是在冶金、化工、建材、食品、機械等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用。 對于不同場所、不同工藝、 所需溫度高低、范圍不同、精度不同，采用的測溫元件、測溫方法以及對溫度的控制方式也有所不同；產(chǎn)品工藝不同、控制溫度的精度不同、時效不同，則對數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制算法也不同，因而，對溫度的測控方法多種多樣。隨著電子技術(shù)和微型計算機的迅速發(fā)展，微機測量和控制技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。利用微機對溫度進行測控的技術(shù)， 本科生課程設(shè)計（論文） 6 也便隨之而生，并得到日益發(fā)展和完善，越來越顯示出其優(yōu)越性?，F(xiàn)在我們完全可以運用單片機和電子溫度傳感器對某處進行溫度檢測，而且我們可以很容易地做到多點的溫度檢測，如果對此原理圖稍加改進，我們 還可以進行不同地點的實時溫度檢測和控制。 本次設(shè)計：加熱爐溫度控制器的設(shè)計，正是運用單片機和溫度傳感器對溫度進行控制。本次設(shè)計的內(nèi)容為：以 89C51 單片機為核心， 高溫加熱爐利用煤氣加熱，通過傳感器測量溫度，四相 5V、 1A 步進電機調(diào)節(jié)閥門來調(diào)節(jié)進氣量。 具體 設(shè)計任務(wù)： 1. CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計（包括 CPU 選擇，晶振電路，復(fù)位電路） 2. 溫度傳感器及接口電路設(shè)計 3. 步進電機驅(qū)動電路設(shè)計 4. 程序流程圖設(shè)計及程序清單編寫 5．溫度控制范圍： 01800℃ 6．工作電源 220V 本科生課程設(shè)計（論文） 7 閥門 步進電機 加 熱 器 顯示 鍵盤 單 片 機 A/D 轉(zhuǎn)換器 第 2章 CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計 加熱 爐溫度控制器 總體設(shè)計方案 加熱爐溫度控制框圖設(shè)計 單片機溫度控制系統(tǒng)是以 89C5l單片機為控制核心，輔以采樣電路，驅(qū)動電路， 步進電機 電路對電爐爐溫進行控制的微機控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)的原理框圖如圖 所示。 其基本控制原理為 : 用鍵盤將溫度的設(shè)定值送入單片機， 通過信號采集電路將 溫度信號采集到后，送到 A/D 轉(zhuǎn)換電路將信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機系統(tǒng)進行控制運算， 控制 步進電動機進而控制加熱爐的溫度 。 圖 工作過程分析 由溫度控制器工作流程圖分析具體的工作過程。首先 ，通過熱電耦采集加熱爐中的溫度，通過相應(yīng)的電路 使 溫度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。由于 單 片機制能識別數(shù)字量，因此還需要經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換， 使 模擬電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號。 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量進入單片機 89C51 后，由程序算法，判斷溫度是不 是超過設(shè)定 值 ，并且有相應(yīng)的鍵盤顯示電路，用以顯示加熱爐的溫度。根據(jù)判斷溫度是否 超 過 設(shè) 定值，由單片機發(fā)出相應(yīng)的指令， 經(jīng) 步進電機 控制電磁閥， 從而通過閥門 的控制 就可以控制煤氣的進氣量 多少 。也就可以 達到 對 加熱爐 溫度的 調(diào)節(jié)和運算放大器 溫度傳感器 本科生課程設(shè)計（論文） 8 控制。 CPU 的選擇 單片微型計算機簡稱單片機，又稱微控制器，嵌入式微控制 器等，屬于第四代電子計算機。它把中央處理器、存儲器、輸入 /輸出接口電路以及定時器計數(shù)器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價格低廉、抗干擾能力強且可靠性高等特點，因此，適合應(yīng)用于工業(yè)過程控制、智能儀器儀表和測控系統(tǒng)的前端裝置。 因此，在本課題設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)中，采用單片機來實現(xiàn)，選用 89C51 單片機。芯片引 腳 如 圖 所示： VSS : 接地端。 VCC: 電源端。正常操作及對 FLASH ROM 編程和驗證時接 +5V 電源。 圖 89C51 芯片引腳 P0 口：是雙向 8 位三態(tài) I/O 口。在訪問外部存儲器時，可分時用作低 8 位地址線和 8 位數(shù)據(jù)線；在 FLASH ROM 編程時，它輸入指令字節(jié)，而在驗證程序時，則輸出指令。 P0 口能驅(qū)動 8 個 LSTTL 門電路。 P1 口： 是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在對 FLASH ROM編程和程序驗證時，它接受低 8 位地址。能驅(qū)動 4 個 LSTTL 門電路。 P2 口： P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在訪問外部存儲P 1P 3P 2P 4P 5P 6P 7P 8R E S E T9P 10P 11P 13P 12P 14P 15P 16P 17X T A L 119X T A L 218V S S20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27P 28P S E N29A L E30EA31P 32P 33P 34P 35P 36P 37P 38P 39V C C4089c 51 本科生課程設(shè)計（論文） 9 器時，它送出高 8 位地址。在對 FLASH ROM 編程和程序驗證時，它接收高 8位地址和其他控制信號。能驅(qū)動 4 個 LSTTL 門電路。 P3 口： P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，能驅(qū)動 4 個 LSTTL 門電路。 RST: 復(fù)位信號輸入端，高電平有效。當振蕩器工作時，出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平，就可以使單片機復(fù)位。 ALE/PROG：地址鎖存允許信號。 PSEN:外部程序存儲器選通信號。 EA/VPP:訪問內(nèi)、外部程序存儲器控制信號。接高電平時， CPU 訪問并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令，但當程序計數(shù)器值超過 0FFFH 時，將自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲器中的程序。接低電平時， CPU 只訪問并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令。 XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 復(fù)位電路設(shè)計 復(fù)位電路和時鐘電路是維持單片機最小系統(tǒng)運行的基本模塊。復(fù)位是單片機的初始化操作。單片機系統(tǒng)在上電啟動運行時，都需要先復(fù)位，其作