電爐溫度設(shè)計(jì)報(bào)告論文-wenkub
2023-05-26 12:43:46 本頁面
【正文】 2，能將 K 型熱電偶測(cè)量輸出的微弱電壓信號(hào)做冷端補(bǔ)償、放大、線性化及數(shù)字化處理，直接輸出可以供單片機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)；在控制執(zhí) 行電路中采用固態(tài)繼電器作為執(zhí)行元件，可以快速的實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)無火花的接通或斷開加熱 電路；在軟件設(shè)計(jì)中， 通過過零觸發(fā)的方式控制固態(tài)繼電器的通斷，進(jìn)而控制電阻爐回路在一個(gè)確定周期內(nèi)通過的電壓波形的周波數(shù)，實(shí)現(xiàn) PWM 調(diào)功，達(dá)到調(diào)節(jié)電阻爐溫度的目的。溫度參數(shù)的測(cè)控技術(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)安全、節(jié)約能源等重大經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)密切相連。例如，在機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中電阻爐用于鍛壓前金屬加熱、金屬熱處理加熱，在化工工業(yè)生產(chǎn)中 電阻爐用于化 學(xué)物料的加熱，鋼鐵冶金和食品加工行業(yè)也需要各種各樣的加熱電爐進(jìn)行加熱處理，在高校實(shí)驗(yàn)室中有專門的實(shí)驗(yàn)室電阻爐以滿足試驗(yàn)的需求。該控制器硬件電路采用 51 單片機(jī)、 K 型熱電偶模數(shù)轉(zhuǎn)換器 MAX6675 以及固態(tài)繼電器等主要元器件，軟件編程采用 C 語言，編譯工具是 Keil uVision4 ARM 系統(tǒng)軟件編譯器，能夠?qū)崿F(xiàn) 0~℃的測(cè)量顯示以及控制調(diào)節(jié)。低精度、低穩(wěn)定性、自動(dòng)化水平低的產(chǎn)品也將逐漸被淘汰。溫度是最基本的物理量之一。在本設(shè)計(jì)中，采用 K 型熱電偶作為感溫元件，檢測(cè)電阻爐的溫度并輸出毫伏級(jí)的模擬電壓信號(hào)，將該信號(hào)送給K 型熱電偶模數(shù)轉(zhuǎn)換器 MAX6675 進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償、放大、線性化、數(shù)字化處理，得到電阻爐溫度的數(shù)字化形式，送入 51單片機(jī)中進(jìn)行分析處理， 在控制執(zhí)行電路中采用 0906HK 型號(hào)的固態(tài)繼電器 SSR，以過零觸發(fā)的方式控制電阻爐主回路的導(dǎo)通或者斷開，實(shí)現(xiàn)對(duì)電阻爐溫度的控制調(diào)節(jié)。電阻爐具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加熱質(zhì)量好、無煙無塵、無噪聲干擾的特點(diǎn)，因而電阻爐在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中具有舉足輕重的作用。因此，各個(gè)領(lǐng)域?qū)囟葴y(cè)量控制的精度、可靠性、穩(wěn) 定性等性能提出了更高的要求，能不能將溫度控制在所需要的范圍內(nèi)關(guān)系到整個(gè)項(xiàng)目的成功與失敗。 一、 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及可行性分析 從電阻爐溫度控制器的發(fā)展歷程來看，電阻爐溫度控制技術(shù)大致可分以下幾種： 第一種定值開關(guān)控溫法，所謂定值開關(guān)控溫法就是通過硬件電路或者軟件計(jì)算判斷當(dāng)前溫度值與設(shè)定目標(biāo)溫度值之間的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)電阻爐加熱源（或者冷卻裝置）采取接通或者斷開控制。由于這種控制方法是當(dāng)電阻爐溫度上升 至預(yù)期設(shè)定值時(shí)關(guān)斷電源，當(dāng)電阻爐溫度下降至預(yù)期設(shè)定點(diǎn)時(shí)開通電源，因此對(duì)溫度變化過程的滯后性無能為力，導(dǎo)致電阻爐溫度波動(dòng)范圍較大，控制精度較低，完全不適用于高精度復(fù)雜的電阻爐溫度控制系統(tǒng)。因?yàn)?PID 控制算法具有簡(jiǎn)單、魯棒性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，相比于定值開關(guān)控溫法比較優(yōu)越，在早期工業(yè)生產(chǎn)的溫度過程控制中的應(yīng)用比較廣泛，特別是對(duì)于可以確立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)， PID 控制就顯得更加優(yōu)越。采用這種方式研制的溫度控制器，其控制效果的好壞主要依賴于三個(gè) P、 I、 D 參數(shù)（即比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)），只要 P、 I、 D 三個(gè)參數(shù)選取的合適，對(duì)于一個(gè)確定的被控對(duì)象來說，其控制效果也會(huì)比較令人滿意。其中模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及專家系統(tǒng)等智能控制理論的應(yīng)用較多 。 4. 溫度控制執(zhí)行。 （由于知識(shí)有限， PID算法使用的很少） 其硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示 : 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框圖可知溫度控制器主要包括四個(gè)部分：主控模塊、人機(jī)接口、溫度測(cè)量模塊以及執(zhí)行模塊。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 ： 0～ 40MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz。 （在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程） ， 無需專用編程器，無需專 用仿真器，可通過串口（ RxD/,TxD/）直接下載用戶程 序，數(shù)秒即可完成一片 。 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路， Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 。 6 位共陰數(shù)碼管模塊結(jié)構(gòu)及引腳圖： 鍵盤輸入示意圖： 51單片機(jī)最小系統(tǒng)（引腳）圖： 電源電路： 報(bào)警器模塊示意圖： K 型熱電偶 在工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用，它具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、制造方便、價(jià)格便宜、體小便攜、測(cè)量精度高及測(cè)量范圍寬的優(yōu)點(diǎn)。其溫度分辨能力能夠達(dá)到 ℃，冷端補(bǔ)償溫度范圍在 20℃～ +80℃之間，工作電壓為 ～ 。 MAX6675 首先將接收到的熱電偶 輸出的模擬電壓，送給其內(nèi)部的一級(jí)低噪聲放大器 A1，然后送給二級(jí)濾波電壓跟隨器 A2，再與補(bǔ)償電壓一起被接到 ADC 的輸入端，將溫度電壓轉(zhuǎn)化成與其對(duì)應(yīng)的數(shù)字溫度值。 MAX6675 與 51 單片機(jī)通過 3 線串口 （ SO= 引腳 ， SCK= 引腳 ，CS= 引腳 ） 通信，方便連接。 其數(shù)據(jù)輸出時(shí)序如圖所示： 固態(tài)繼電器 SSR 是一種全部由固態(tài)電子元器件組成的新型的無觸點(diǎn)電子開關(guān)，使用幾毫安的微弱信號(hào)可以控制大功率電路的導(dǎo)通或者關(guān)斷。 按照固態(tài)繼電器的應(yīng)用場(chǎng)合， SSR 可以分為兩種類型，一種是直流型固態(tài)繼電器，另一種是交流型固態(tài)繼電器，它們分別在直流和交流電路上做負(fù)載的開關(guān)，不能混用。固態(tài)繼電器 SSR 正常工作的時(shí)候，只要給 2 兩個(gè)端子加上一定的控制信號(hào)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì) 4 兩個(gè)端子之間電路的接通和斷開，即實(shí)現(xiàn)開關(guān)的功能。由于匯編語言一般與某一種 CPU 提供的機(jī)器指令相對(duì)應(yīng)，人們可以用它直接控制硬件系統(tǒng)進(jìn)行工作，可以直接訪問單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部各種資源，匯編語言程序具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、執(zhí)行速度快、代碼效率高等優(yōu)點(diǎn)，但是匯編語言的通用性和移植性都比較差，也就是具有比較強(qiáng)的針對(duì)性，并且用匯編語言編寫程序，對(duì)程序員個(gè)人的能力要 求較高，編程比高級(jí)語言困難很多。 C 語言作為一種高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言得到了廣泛的應(yīng)用，采用 C 語言編寫的軟件程序不針對(duì)特定的硬件系統(tǒng)，可以根據(jù)不同的單片機(jī)做移植，基于 C 語言的以上諸多特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)的軟件程序設(shè)計(jì)，采用 C 程序設(shè)計(jì)語言。 2) 設(shè)備數(shù)據(jù)庫可以根據(jù)開發(fā)工具進(jìn)行配置。 6) 真正集成高速 CPU 及片上外設(shè)模擬器的源碼級(jí)調(diào)試器。 使用說明 0：任意輸入一個(gè)三位數(shù)作為開始保溫時(shí)間倒計(jì)時(shí)（秒）；按 OK(34鍵 )鍵，此時(shí)黃色 LED亮 2S表示輸入成功，下同； 1：任意輸入一個(gè)三位數(shù)，作為保溫下限；按 OK(34鍵 )鍵； 2：待黃色 LED燈熄滅后，任意輸入一個(gè)三位數(shù)作為保溫上限； 3：任意輸入三位數(shù)作為保溫持續(xù)時(shí)間（分）； 4： K型熱電偶開始工作，同時(shí)顯示溫度，如果溫度小于保溫下限，通電加熱，加熱至保溫上限，停止加熱； 5：如果設(shè)定的保溫上限溫度高于報(bào)警溫度（內(nèi)設(shè)定報(bào)警溫度為 90度），即啟動(dòng)報(bào)警功能。 sbit IO=P1^6。 //段選信號(hào)的鎖存器控制 sbit wela=P2^7。 uchar s1,s2,s3,s4,s5,s6。 unsigned char code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00}。 unsigned int MAX6675_rd_word()。 int shujubw() //保溫時(shí)間（分鐘）； { int aashuju=0。 bai=shujua/100。i125。 P0=duan[bai]。 P0=wei[1]。 dula=1。 wela=1。 dula=0。 dula=1。 temp=P3。 if(temp!=0xf0) {
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