課程設(shè)計--基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng)(已修改)
2025-01-25 18:38 本頁面
【正文】 評語：成績：簽名：日期：學(xué)院課程設(shè)計報告書 課程名稱： 單片機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計 題 目： 基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng)系 （院）： 學(xué) 期： 專業(yè)班級： 姓 名： 學(xué) 號： 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(jī)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(jìn)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(jī)定時對爐溫進(jìn)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(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到應(yīng)有的控制量，去控制電阻爐進(jìn)行加熱，從而實(shí)現(xiàn)對溫度的控制。進(jìn)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(jī)原理、單片機(jī)原理及應(yīng)用、計算機(jī)控制技術(shù)、控制理論與系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，掌握單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計方法與步驟；2. 了解單片機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)造的特點(diǎn)、組成和接口電路；3. 掌握單片機(jī)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(shí)驗(yàn)，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(jìn)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(jìn)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(shí)現(xiàn)的基本功能：微機(jī)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(jī)監(jiān)控功能：顯示當(dāng)前被控量的設(shè)定值、實(shí)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(jìn)入系統(tǒng)調(diào)節(jié)，當(dāng)溫度到達(dá)200℃時進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行控制，使?fàn)t內(nèi)溫度按照曲線的斜率升或降。計算機(jī)定時對爐溫進(jìn)行測量和控制一次，爐內(nèi)溫度是由一鉑電阻溫度計來進(jìn)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(jī)中進(jìn)行判別和運(yùn)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(jìn)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(jī)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(yùn)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(jī)。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(jī)機(jī)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(kuò)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(jī)，它的程序存儲器必須進(jìn)行外部擴(kuò)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(kuò)展存儲器采用EPROM 2732，EPROM 2732的容量為4K8位，4K表示有41024（22210=212）個存儲單元，8位表
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