【正文】 系統(tǒng)原理綜述 ................................................. 21 第 6 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) ................................................. 23 參考文獻(xiàn) ............................................................ 24 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 5 第 1章 緒論 加熱爐 溫度控制器 概況 隨著社會(huì)的發(fā)展，溫度的測(cè)量及控制變得越來越重要。溫度是生產(chǎn)過程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(jìn)行生產(chǎn)，必須對(duì)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(jìn)行有效的控制。其中溫度的控制在生產(chǎn)過程中占有相當(dāng)大的比例。準(zhǔn)確測(cè)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(yùn)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(dòng)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(biāo)和經(jīng)濟(jì)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(jī)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(zhǎng)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(gè)典型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)綜合運(yùn)用了微機(jī)原理、自動(dòng)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(shí)，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一次綜合 運(yùn)用 。 本課題采用 98c51 單片機(jī)來對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)。 本 文研究?jī)?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(jī)械等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用。 對(duì)于不同場(chǎng)所、不同工藝、 所需溫度高低、范圍不同、精度不同，采用的測(cè)溫元件、測(cè)溫方法以及對(duì)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(shí)效不同，則對(duì)數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制算法也不同，因而，對(duì)溫度的測(cè)控方法多種多樣。隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，微機(jī)測(cè)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(jī)對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)控的技術(shù)， 本科生課程設(shè)計(jì)（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。現(xiàn)在我們完全可以運(yùn)用單片機(jī)和電子溫度傳感器對(duì)某處進(jìn)行溫度檢測(cè)，而且我們可以很容易地做到多點(diǎn)的溫度檢測(cè)，如果對(duì)此原理圖稍加改進(jìn)，我們 還可以進(jìn)行不同地點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)和控制。 本次設(shè)計(jì)：加熱爐溫度控制器的設(shè)計(jì)，正是運(yùn)用單片機(jī)和溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)行控制。本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容為：以 89C51 單片機(jī)為核心， 高溫加熱爐利用煤氣加熱，通過傳感器測(cè)量溫度，四相 5V、 1A 步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)閥門來調(diào)節(jié)進(jìn)氣量。 具體 設(shè)計(jì)任務(wù)： 1. CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)（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(jì) 3. 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 4. 程序流程圖設(shè)計(jì)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(jì)（論文） 7 閥門 步進(jìn)電機(jī) 加 熱 器 顯示 鍵盤 單 片 機(jī) A/D 轉(zhuǎn)換器 第 2章 CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 加熱 爐溫度控制器 總體設(shè)計(jì)方案 加熱爐溫度控制框圖設(shè)計(jì) 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)是以 89C5l單片機(jī)為控制核心，輔以采樣電路，驅(qū)動(dòng)電路， 步進(jìn)電機(jī) 電路對(duì)電爐爐溫進(jìn)行控制的微機(jī)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(jī)， 通過信號(hào)采集電路將 溫度信號(hào)采集到后，送到 A/D 轉(zhuǎn)換電路將信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制運(yùn)算， 控制 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)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(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。由于 單 片機(jī)制能識(shí)別數(shù)字量，因此還需要經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換， 使 模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號(hào)。 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量進(jìn)入單片機(jī) 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(jī)發(fā)出相應(yīng)的指令， 經(jīng) 步進(jìn)電機(jī) 控制電磁閥， 從而通過閥門 的控制 就可以控制煤氣的進(jìn)氣量 多少 。也就可以 達(dá)到 對(duì) 加熱爐 溫度的 調(diào)節(jié)和運(yùn)算放大器 溫度傳感器 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 8 控制。 CPU 的選擇 單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，又稱微控制器，嵌入式微控制 器等，屬于第四代電子計(jì)算機(jī)。它把中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入 /輸出接口電路以及定時(shí)器計(jì)數(shù)器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)且可靠性高等特點(diǎn)，因此，適合應(yīng)用于工業(yè)過程控制、智能儀器儀表和測(cè)控系統(tǒng)的前端裝置。 因此，在本課題設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)中，采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，選用 89C51 單片機(jī)。芯片引 腳 如 圖 所示： VSS : 接地端。 VCC: 電源端。正常操作及對(duì) FLASH ROM 編程和驗(yàn)證時(shí)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(chǔ)器時(shí)，可分時(shí)用作低 8 位地址線和 8 位數(shù)據(jù)線；在 FLASH ROM 編程時(shí)，它輸入指令字節(jié)，而在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令。 P0 口能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 門電路。 P1 口： 是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在對(duì) FLASH ROM編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接受低 8 位地址。能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 門電路。 P2 口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在訪問外部存儲(chǔ)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(jì)（論文） 9 器時(shí)，它送出高 8 位地址。在對(duì) FLASH ROM 編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收高 8位地址和其他控制信號(hào)。能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 門電路。 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 門電路。 RST: 復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，就可以使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG：地址鎖存允許信號(hào)。 PSEN:外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。 EA/VPP:訪問內(nèi)、外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。接高電平時(shí)， CPU 訪問并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令，但當(dāng)程序計(jì)數(shù)器值超過 0FFFH 時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的程序。接低電平時(shí)， CPU 只訪問并執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的指令。 XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)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(jì) 復(fù)位電路和時(shí)鐘電路是維持單片機(jī)最小系統(tǒng)運(yùn)行的基本模塊。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)系統(tǒng)在上電啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位，其作