【正文】 1 目錄 第一章 設(shè)計背景及設(shè)計意義 ……………………………………… 2 第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計 ………………………………………………… 3 第三章 硬件 ……………………………………………………………… .5 溫度檢測和變送器 …………………………………………………… 5 溫度控制電路 ………………………………………………………… 6 A/D 轉(zhuǎn)換電路 ………………………………………………………… 7 報警電路 ………………………………………………………… 8 看門狗電路 …………………… ……………………………………… 8 顯示電路 …………………………………………………………… 10 電源電路 ……………………………………………………………… 12 第四章 軟件設(shè)計 ……………………………………………………… 14 軟件實現(xiàn)方法 ……………………………………………………… 14 總體程序流程圖 …………………………………………………… 15 程序清單 …………………………………………………………… 19 第五章 設(shè)計感想 ……………………………………………… ………… 29 第六章 參考文獻 …………………………………………………………… 30 第七章 附錄 ………………………………………………………………… 31 硬件清單 …………………………………………………………… 31 硬件布線圖 ………………………………………………………… 31 2 第一章 設(shè)計背景及研究意義 機械制造行業(yè)中，用于金屬熱處理的加熱爐，需要消耗大量的電能，而且溫度控制是純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)。現(xiàn)有企業(yè)多采用常規(guī)儀表加接觸器的斷續(xù)控制，隨著科技進步和生產(chǎn)的發(fā)展，這類設(shè)備對溫度的控制要求越來越 高，除控溫精度外，對溫度上升速度及下降速度也提出了可控要求，顯而易見常規(guī)控制難于滿足這些工藝要求。隨著微電子技術(shù)及電力電子技術(shù)的發(fā)展，采用功能強、體積小、價格低的智能化溫度控制裝置控制加熱爐已成為現(xiàn)實。 自動控制系統(tǒng)在各個領(lǐng)域尤其是工業(yè)領(lǐng)域中有著及其廣泛的應(yīng)用，溫度控制是控制系統(tǒng)中最為常見的控制類型之一。隨著單片機技術(shù)的飛速發(fā)展，通過單片機對被控對象進行控制日益成為今后自動控制領(lǐng)域的一個重要發(fā)展方向。 在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。例如：在冶金工業(yè)、化 工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制。對工件的處理溫度要求嚴格控制，計算機溫度控制系統(tǒng)使溫度控制指標得到了大幅度提高。采用 MCS51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，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機對溫度的控制問題是一個工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到的問題。 ， 3 第二章 系統(tǒng)方案的設(shè)計 這次課程設(shè)計題目為熱電偶構(gòu)成的 熱處理爐的溫度控制系統(tǒng)， 技術(shù)要求： 0～ 999176。 0～ 999176。 熱處理爐爐溫控制系統(tǒng)的控制過程是：單片機定時對爐溫進行檢測，經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換芯片得到相應(yīng)的數(shù)字量，經(jīng)過計算機進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，得到應(yīng)有的控制量，去控制加熱功率，從而實現(xiàn)對溫度的控制。如下圖所示： 進 行系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮如下問題： ，即爐溫按預(yù)定的溫度 —— 時間關(guān)系變化。 ：如 0～ 1000℃，這就涉及到測溫元件、電爐功率的選擇等。 、超調(diào)量等指標，這涉及到 A/D轉(zhuǎn)換精度、控制規(guī)律選擇等。 溫控系統(tǒng)主要由溫度傳感器、溫度調(diào)節(jié)儀、執(zhí)行裝置、被控對象四個部分組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 1所示。被控制對象是大容量、大慣性的電熱爐溫度對象，是典型的多階容積遲后特性，在工程上往往近似為包含有純滯后的二階容積遲后；由于被控對象電容量大，通常采用可控硅作調(diào)節(jié)器的執(zhí)行器，其具體的 電路圖如圖 2所示。 4 調(diào)節(jié)加熱爐的溫度，在工業(yè)上是通過在設(shè)定周期范圍內(nèi)，將電路接通幾個周波，然后斷開幾個周波，改變晶閘管在設(shè)定周期內(nèi)通斷時間的比例，來調(diào)節(jié)負載兩端交流平均電壓即負載功率，這就是通常所說的調(diào)功器或周波控制器；調(diào)功器是在電源電壓過零時觸發(fā)晶閘管導通的，所以負載上得到的是完 整的正弦波，調(diào)節(jié)的只是設(shè)定周期 Tc內(nèi)導通的電壓周波。如圖 3 所示，設(shè)周期 Tc內(nèi)導通的周期的波數(shù)為 n，每個周波的周期為 T，則調(diào)功器的輸出功率為 P=n T Pn/Tc， Pn為設(shè)定周期 Tc內(nèi)電壓全通過時裝置的輸出功率。 5 第三章 硬件的設(shè)計 溫度檢測和變送器 溫度檢測元件和變送器的類型選擇與 被控溫度的范圍和精度等級有關(guān)。鎳鉻/鎳鋁熱電偶適用于 0℃ 1000℃的溫度檢測范圍，相應(yīng)輸出電壓為 。 變送器由毫伏變送器和電流 /電壓變送器組成：毫伏變送器用于把熱電偶輸出的 變換成 4mA20mA 的電流；電流 /電壓變送器用于把毫伏變送器輸出的 4mA20mA 電流變換成 05V的電壓。 為了提高測量精度，變送器可以進行零點遷移。例如：若溫度測量范圍為 500℃ 1000℃，則熱電偶輸出為 ，毫伏變送器零點遷移后輸出 4mA20mA范圍電流。這樣，采用 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器就可使量化溫度達到 ℃以內(nèi)。其在控制系統(tǒng)的作用如下圖所示： 圖 1：溫度檢測電路 熱處理爐 6 溫度控制電路 8051對溫度的控制是通過雙向可控硅實現(xiàn)的。如圖一所示，雙向可控硅管和加熱絲串接在交流 220V、 50Hz市電回路。在給定周期 T內(nèi)， 8051只要改變可控硅管的接通時間即可改變加熱絲的功率，以達到調(diào)節(jié)溫度的目的。 可控硅接通時間可以通過可控硅控制極上觸發(fā)脈沖控制。該觸發(fā)脈沖由8051用軟件在 ，在過零同步脈沖同步后經(jīng)光電耦合管和驅(qū)動器輸出送到可控硅的控 控制系統(tǒng)的 制極上。 圖 1：調(diào)溫電路 7 A/D轉(zhuǎn)換電路 ADC0809 是一種比較典型的 8 位 8 通道逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器， CMOS 工藝，可實現(xiàn) 8路模擬信號的分時采集，片內(nèi)有 8 路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道地址鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時間為 100μ s 左右，采用雙排 28 引腳封裝， 其主要 性 能 指 標 如 下 ： 分 辨 率 為 8 位二進制數(shù)； 電 壓 范 圍 在 0～ +5V，對應(yīng) A/D 值 00H～ FFH； 每路 A/D 轉(zhuǎn)換完成時間 100ms。 可 分 時 進 行 8 路 A/D 轉(zhuǎn)換； 工作頻率 500KHz（本電路由 8051ALE 端輸 出經(jīng) 4 分頻后得 到 ）。 引 腳 功 能 如 下 ： IN0～ IN7： 8 路 0～ +5V 模擬電壓輸入（用 IN0 端 ）； DB7～ DB0： 8 位數(shù)字輸出線，輸出 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換值； STAST：啟動 A/D 轉(zhuǎn)換端； EOC： A/D 轉(zhuǎn)換完成端； OE： 允 許 數(shù) 字 量 輸 出 信 號 ； CLOCK：時鐘 500KHz； ADD A、 B、 C： IN0～ IN7 地址選擇線； ALE： 地 址 鎖 存 允 許 輸 入 信 號 。 A/D 轉(zhuǎn)換器 0809 與放大電路連接較簡單，運放接成比例放大形 式 ， 放 大 倍 數(shù) 可 調(diào) ， 總 體 A/D 轉(zhuǎn)換與 8051 接口電路如下： 8 報警電路 報警電路的作用主要是在溫度超過規(guī)定的溫度或低于下限溫度或達到預(yù)定溫度時，報警子程序就會控制報警信號的輸出，溫度低與或高于規(guī)定的溫度范圍以及達到規(guī)定的溫度時，音頻裝置就會發(fā)出不同頻率的告警信號，同時相應(yīng)的LED顯示，到底是高了還是低了，以便與自動調(diào)節(jié)。報警電路如下圖： 9