課程設(shè)計(jì)--基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng)-wenkub
2023-06-15 16:24:25 本頁(yè)面
【正文】 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。 模擬手動(dòng)操作：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異常時(shí)，投入手動(dòng)控制。保溫段的時(shí)間為 600— 1800s。 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(cè)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(duì)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(guò)程中的溫度和輸出值。 MCS51 具有 64kB 程序存儲(chǔ)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。本設(shè)計(jì)中外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器采用 EPROM 2732， EPROM 2732 的容量為 4K 8位， 4K 表示有 4 1024（ 22 210=212）個(gè)存儲(chǔ)單元， 8 位表示每個(gè)單元存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的寬度是 8 位。對(duì)于內(nèi)部有 ROM 的 8051 等單片機(jī)，正常運(yùn)行時(shí)， EA 則需接高電平，使 CPU 先從內(nèi)部的程序存儲(chǔ)中讀取程序，當(dāng) PC 值超過(guò)內(nèi)部 ROM 的容量時(shí)，才會(huì)轉(zhuǎn)向外部的程序存儲(chǔ)器讀取程序。各引腳功能： 4 個(gè) I／ O 口分別為 P P P P4。熱電偶主要是利用兩種不同金屬的熱電效應(yīng)，產(chǎn)生接觸電勢(shì)隨溫度變化而變化，從而達(dá)到測(cè)溫的目的。 %。在控制極加上脈沖可使其正向或反向?qū)ā?XTR101 在電路中的作用還有對(duì)熱電偶進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償 ,并起到抑制零點(diǎn)漂移的作用。 8 路的 模擬開(kāi)關(guān)由地址鎖存器和譯碼器控制，可以在 8個(gè)通道中任意訪問(wèn)一個(gè)通道的模擬信號(hào)。 ADC0809 的 A、 B、 C分別接到單片機(jī)的 、 、 引腳上?？煽毓杞油〞r(shí)間可以通過(guò)可控硅控制極上觸發(fā)脈沖控制。 從 引腳輸出的控制信號(hào)和過(guò)零脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)與非門后控制著雙向晶閘管在一個(gè)周期內(nèi)的通斷比例（即占空比），進(jìn)而控制電阻絲的加熱功率，以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。從市電回路得到的 220V、50Hz 的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)圖 6 中電壓比較器 LM311將 50Hz 正弦交流電壓變成方波。所謂靜態(tài)顯示 ,即 CPU 輸出顯示值后，由硬件保存輸出值，保持顯示結(jié)果。對(duì)多個(gè)八段 LED 數(shù)碼管的接口方法主要有兩種：動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法和靜態(tài)驅(qū)動(dòng)法。 本文的 LED 數(shù)碼管顯示采用串行口靜態(tài)顯示，使 8031 的串行口可以工作于移位寄存器方式，用來(lái)驅(qū)動(dòng) LED 靜態(tài)顯示器。與串行鍵盤輸入類似，可以使用 74LS164 串行輸入并行輸出的 8位移位寄存器作為數(shù)碼管的段選通端，每一片 LED數(shù)碼管用一片 74LS164,LED 數(shù)碼管的公共陰極連在一起并接低電平。設(shè)定其工作在方式 0 下，串行口作同步移位寄存器用。 報(bào)警電路：正常運(yùn)行時(shí)綠燈亮，在保溫階段爐內(nèi)溫度超出系統(tǒng)允許誤差范圍，就要進(jìn)行報(bào)警 。偏差控制的原理是先求出實(shí)測(cè)爐溫對(duì)所需爐溫的偏差值，然后對(duì)偏差值處理獲得控制信號(hào)去調(diào)節(jié)電阻爐的加熱功率，以實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制。控制器的輸出經(jīng)過(guò)輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過(guò)傳感器，變送器，通過(guò)輸入接口送到控制器。 要實(shí)現(xiàn)對(duì)電阻爐的自動(dòng)控制，首先要測(cè)得電 爐的數(shù)學(xué)模型 [15]?？紤]到被控對(duì)象模型的不精確性和其參數(shù)隨時(shí)間的漂移以及系統(tǒng)要求超調(diào)量小而允許調(diào)節(jié)過(guò)程較長(zhǎng)，故采用 Dahlin 算法。 溫度控制程序的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如下： (1)鍵盤掃描、鍵碼識(shí)別和溫度顯示； (2)爐溫采樣、數(shù)字濾波； (3)數(shù)據(jù)處理； (4)越限報(bào)警和處理； (5)PID 計(jì)算、溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換。相信在以后的課程設(shè)計(jì)和工作中，我能夠熟練運(yùn)用學(xué)到的這些設(shè)計(jì)方法，為我將來(lái)的工作打下了良好的基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中 對(duì)硬件原理圖和程序框圖作了描述， 文中對(duì)每個(gè)部分功能、實(shí)現(xiàn)過(guò)程作了詳細(xì)介紹。對(duì)于這樣的系統(tǒng)用 PID 算法效果欠佳。τ為慣性時(shí)間， K 為放大系數(shù)。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。報(bào)警電路如圖 8所示。發(fā)送時(shí)串行口把 8位數(shù)據(jù)從 TXD 端送出，接受時(shí)， REN 是串行口接收器允許接收控制位。 圖 7 為串行口擴(kuò)展的鍵盤、顯示器接口電路。這種方法用于顯示位數(shù)較少，顯示亮度較高場(chǎng)合時(shí)效果較好。靜態(tài)顯示法則克服這個(gè)缺陷，它能保持原顯示內(nèi)容，直到更改時(shí)才顯示新的內(nèi)容，但它所用的硬件較多。在一般情況下，可以使用多個(gè)數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)。此脈沖一路作為觸發(fā)同步脈沖加到溫控電路，一路作為計(jì)數(shù)脈沖加到單片機(jī)8031 的 端。其優(yōu)點(diǎn)主要是為了提高功率因數(shù)和減少對(duì)電網(wǎng)的波動(dòng)影響。 對(duì)于這 樣的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，單片機(jī)只要輸出能控制可控硅通斷電時(shí)間的脈沖信號(hào)就可以了，因此可用一條 I/O 線與可控硅的控制端相連接，并通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)輸出導(dǎo)通脈沖的寬度和導(dǎo)通時(shí)間 [9]。如圖 6 所示，雙向可控硅管和加熱絲串接在交流 220V、 50Hz 市電回路。 圖 5 8031與 ADC0809的接口電路 如圖 5 所示，當(dāng) 和 WR 信號(hào)均為低電平時(shí)，通過(guò)或非門，輸出一個(gè)正脈沖，使啟動(dòng)信號(hào) STAR
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