課程設(shè)計--基于單片機的水溫控制系統(tǒng)(已修改)
2025-06-20 16:24 本頁面
【正文】 學(xué)院 課程設(shè)計報告書 課程名稱： 單片機控制系統(tǒng)課程設(shè)計 題 目： 基于單片機的水溫控制系統(tǒng) 系 （院）： 學(xué) 期： 專業(yè)班級： 姓 名： 學(xué) 號： 評語： 成績： 簽名： 日期： 溫度是工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一，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。電阻爐爐溫控制系統(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)處理，得到應(yīng)有的控制量，去控制電阻爐進行加熱，從而實現(xiàn)對溫度的控制。進行系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮如下問題：爐溫變化規(guī)律的控制，即爐溫按預(yù)定的溫度～時間關(guān)系變化，這主要在設(shè)計控制程序時加以考慮。 電阻爐的溫度控制范圍為： 50— 200℃，這就涉及到測溫元件、電爐功率的選擇，控制精度、超調(diào)量等指標(biāo)，涉及到 A/D 轉(zhuǎn)換精度、控制規(guī)律選擇等。 1. 在學(xué)習(xí)微 機原理、單片機原理及應(yīng)用、計算機控制技術(shù)、控制理論與系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，掌握單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計方法與步驟； 2. 了解單片機控制系統(tǒng)構(gòu)造的特點、組成和接口電路； 3. 掌握單片機軟硬件結(jié)合設(shè)計整個系統(tǒng)的原理。 電阻加熱爐用于合金鋼產(chǎn)品熱力特性實驗，電阻加熱爐用電阻絲提供熱功率，使其在預(yù)定的時間內(nèi)將爐內(nèi)溫度穩(wěn)定到給定的溫度值。本控制對象電阻加熱爐功率為 8KW，由 220V 交流電源供電，采用雙向可控硅進行控制。電阻加熱爐系統(tǒng)模型如圖 1所示。 圖 1 電阻加熱爐系統(tǒng)模型 工藝要求： 按照規(guī)定的曲線進行升溫和降溫 [7]，溫度控制范圍為 50— 200℃，升溫和降溫階段的溫度控制精度為177。 5℃，保溫階段溫度控制精度為177。 2℃。 系統(tǒng)可以實現(xiàn)的基本功能： 微機自動調(diào)節(jié)功能：正常工作狀態(tài)下，系統(tǒng)投入自動控制。 模擬手動操作：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異常時，投入手動控制。 微機監(jiān)控功能：顯示當(dāng)前被控量的設(shè)定值、實際值、控制量的輸出值，參數(shù)報警時有燈光報警。 在本設(shè)計中，要求電阻爐爐內(nèi)的溫度，按照圖 2所示的規(guī)律變化，從室溫開始到 50℃為自由升溫階段，當(dāng)溫度一旦到達(dá) 50℃，就進入系統(tǒng)調(diào)節(jié)，當(dāng)溫度到達(dá) 200℃時進入保溫段，要始終在系統(tǒng)控制下，以保證所需的爐內(nèi)溫度的精度。加工結(jié)束，要進行降溫控制。保溫段的時間為 600— 1800s。過渡過程時間：即從開始控制到進入保溫階段的時間要小于 600s。在保溫段當(dāng)溫度高于 202℃或低于 198℃時要報警，在升溫和降溫階段也要進行控制，使?fàn)t內(nèi)溫度按照曲線的斜率升或降。計算機定時對爐溫進行測量和控制一次，爐內(nèi)溫度是由一鉑電阻溫度計來進行測量，其信號經(jīng)放大送到模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，換算成相應(yīng)的數(shù)字量后，再送入計算機中進行判別和運算，得到應(yīng)有的電功率數(shù)， 經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成模擬量信號，供給可控硅功率調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)，使其達(dá)到爐溫變化曲線的要求。 圖 2 溫度曲線圖 采用 8031 單片機作為控制器， ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片為模擬量輸入，鉑電阻為溫度檢測元件，運算放大器和可控硅作為功率放大，電阻爐為被控對象，組成電阻爐爐溫控制系統(tǒng)，另外，系統(tǒng)還配有數(shù)字顯示，以便顯示和記錄生產(chǎn)過程中的溫度和輸出值。 其工作過程為：熱電偶將爐溫變換為模擬電壓信號 ,經(jīng)低通濾波濾掉干擾信號后送放大器 ,信號放大為 0～ 5V 后送 A/D 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入 計算機 。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖 3： 圖 3 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖 單片機的選擇 單片機機型： MCS— 51 8031（不包含 ROM、 EPROM）。 8031 內(nèi)部包括 1 個 8位 CPU,21個特殊功能寄存器 (SFR)4個 8位并行 I/O口 ,2個 16位定時器 /計數(shù)器 ,但片內(nèi)無程序存儲器 ,須外擴 EPROM 芯片。 MCS51 具有 64kB 程序存儲器尋址空間，它是用于存放用戶程序、數(shù)據(jù)和表格等信息。對于內(nèi)部無 ROM 的 8031 單片機，它的程序存儲器必須進行外部擴展。在選擇程序存儲器芯片時，首先 必須滿足程序容量，其次在價格合理情況下盡量選用容量大的芯片。這樣做的話，使用的芯片少，從而接線簡單，芯片存儲容量大，程序調(diào)整余量也大。本設(shè)計中外部擴展存儲器采用 EPROM 2732， EPROM 2732 的容量為 4K 8位， 4K 表示有 4 1024（ 22 210=212）個存儲單元， 8 位表示每個單元存儲數(shù)據(jù)的寬度是 8 位。前者確定了地址線的位數(shù)是 12位（ A0～ A11），后者確定了數(shù)據(jù)線的位數(shù)是 8位（ O0～O7）?？臻g地址為 64kB，此時單片機的 E
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