【正文】 阻爐等類似工業(yè)用加熱爐中都可以廣泛應(yīng)用，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，在工業(yè)中，一些設(shè)備對溫度的控制要求越來越高，而本文則以單片機為核 心、 PID算法為控制方式而設(shè)計的 電阻爐 溫度控制系統(tǒng)。這些控制技術(shù)大大的提高了控制精度，不但使控制變得簡便 ，而且使產(chǎn)品的質(zhì)量更好，降低了產(chǎn)品的成本，提高了生產(chǎn)效率。對于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，選用的燃料，控制方案也有所不同。溫度控制 The design of temperature control system of the resistance furnace based on single chip microputer Abstract: Mainly with 51 series single chip microputer for the unit of nucleus heats to the control of The resistance furnace, the tallest temperature is 1000℃ . And the temperature of keyboard input is constant, LED digitron displays the function of temperature point. Key words: single chip microputer。目 錄 第 1 章 引言 .......................................................................................................................3 課題背景及研究意義 ……………………… …………… ……………… .……… 3 計算機在熱處理爐爐溫控制中的應(yīng)用 …………… …………… ……… .……… 3 第 2 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 …………………………………… ……… .…………………… 8 溫度檢測及 變送器 …………………… ……… …………………… …………… .… .8 控制機構(gòu) …………………………………………………………… …………… .… .9 A/D轉(zhuǎn)換電路 ……………………………………………… …………… ..………… 10 溫度控制電路 ………………………………………………… …………… ..…… ..14 部分 接口電路 …………………………………………………… …………… ..… ..16 第 3 章 溫度控制的算法和程序 ..…………………………… … ……… …………… 18 溫度控制的算法 …………………………………………… …………… ..……… ..18 溫度控制的程序 ………………………………………… …………… ..………… ..20 第 4 章 對于抗干擾的探究 ………………………………………… ……… …… .… ..34 抗干擾的措施 …………………………………………………… …………… .… ...34 結(jié)束語 ……………………………………………………………………… ………… ....… .35 致謝 …………………………………………… …………………… …………… ………… .36 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………… …… .…… …… ...37 附錄 1 電路圖 ……………………………………… ………………… ………………… ..38 附錄 2 英文專業(yè)文摘及翻譯 …………………………………… … ………………… .39 2 基于單片機的電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 摘要 ： 主要以 51 系列單片機為核心對電阻爐爐溫進(jìn)行控制，使其溫度穩(wěn)定在某一個值上。 the resistance furnace。例如冶金、機械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等；控制方案有直接數(shù)字控制（ DDC），推斷控制，預(yù)測控制，模糊 控制（ Fuzzy），專家控制 (Expert Control)，魯棒控制（ Robust Control），推理控制等。 單片微型計算機的功能不斷的增強，為先進(jìn)的控制算法提供的載體，許多高性能的新型機種應(yīng)運而生。 計算機在爐溫控制中的應(yīng)用 以前，人們是通過模擬儀表對爐溫進(jìn)行控制，采用人工手動操作，依據(jù)個人的工作經(jīng)驗和控制系統(tǒng)返回的數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)相應(yīng)的設(shè)備，控制效果不太理想，生產(chǎn)也不穩(wěn)定。 1962 年，英國帝國工業(yè)公司安裝了 Ferranti Argus 計算機控制系統(tǒng)，替代全部模擬控制儀表，即模擬技術(shù)由數(shù)字技術(shù)代替，而系統(tǒng)功能保持不變，計算機控制系統(tǒng)應(yīng)用真正開始，經(jīng)歷多年研究和改進(jìn)，到 70 年代中期進(jìn)入了集散控制系統(tǒng)的發(fā)展時期，爐溫控制也隨之進(jìn)步，方式不斷更新，算法也不斷深入 技術(shù)日益成熟 。 圖 1－ 1 計算機采樣處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖 2 直接數(shù)字控制系統(tǒng) (direct digital control, DDC) 直接數(shù)字控制由計算機直接對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，計算機取代模擬調(diào)節(jié)器作為生產(chǎn)過程控制裝置，計算機按控制規(guī)律進(jìn)行數(shù)值計算，并經(jīng)過輸出通道 (D/A)直接控制生產(chǎn)過程。其系統(tǒng)框圖如 13 所示。 (distributed control) 集散控制即分散控制，信息集中管理的分布控制系統(tǒng)。總體配備一臺 1_控機作為上位機，置于控制室內(nèi)，對現(xiàn)場每個被控對象進(jìn)行命令下達(dá)，組織和處理數(shù)據(jù)信息，集中管理整個系統(tǒng)。性能價格比較好。加之近年來，單片機的性能不斷提高，而價格卻逐年 降低，所以單片機溫度控制裝置將具有廣闊的發(fā)展和運用前景。 溫度檢測 和變送器 溫度檢測元件和變送器的類型選擇和被控溫度及其精度等級有關(guān)， 選用鎳鉻一鎳 鋁熱電偶作為溫度傳感器，測量溫度范圍 0－ 1000℃， 相應(yīng)輸出電壓為 。這樣采用 ADC0809 這個 8 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器就能是量化溫度誤差達(dá)到正負(fù) 以內(nèi) 9 控制機構(gòu) 本設(shè)計采用 8031單片機作為控制機構(gòu)的核心。由于受引腳數(shù)目的限制，所以有一些引腳具有第二功能。 Vss：接電源地。 XTAL2：接外部晶體的另一端。 ALE/PROG：地址鎖存使能輸出 /編程脈沖輸入端。在訪問片外存儲器時，它分時提供低 8位地址和作 8位雙向數(shù)據(jù)總線。 ～ ： P2口是一個準(zhǔn)雙向 I/O端口。 ～ ： P3口是八位準(zhǔn)雙向 I/O端口。實際在使用時，總是先按需要優(yōu)先選用它的第二功能，剩下不用的才作為第一功能口線 10 使用。 11 圖 23 《 ADC0809 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)》 圖中多路開關(guān)可選通 8個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，共用一個 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟的多路數(shù)據(jù)采集方法。對應(yīng) ALE 上跳沿， A、 B、 C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。 通道端口選擇線， A 為低地址， C為高地址，引腳圖中為 ADDA，ADDB 和 ADDC。 EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換； EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。 D0為最低位， D7 為最高 OE—— 輸出允許信號。 Vref—— 參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進(jìn)行比較，作為逐次逼近 的基準(zhǔn)。 A． 定時傳送方式 對于一種 A/D轉(zhuǎn)換其來說，轉(zhuǎn)換時間作為一項技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。因此可以用查詢方式，測試 EOC的狀態(tài)，即可卻只轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 不管使用上述那種方式，只要一旦確認(rèn)轉(zhuǎn)換結(jié)束， 便可通過指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。例如當(dāng) A、 B、 C 分別與 D0、 D D2相連時，啟動 IN7 的 A/D轉(zhuǎn)換指令如下： MOV DPTR， FE00H ；送入 0809 的口地址 MOV A ， 07H ； D2D1D0=111 選擇 IN7 通道 MOVX DPTR， A ；啟動 A/D 轉(zhuǎn)換 （ 四 ） MCS51 單片機與 ADC0809 的接口 ADC0809 與 MCS51單片機的連接如圖 25所示。 14 圖 26 ADC0809 的部分信號連接 圖 27 信號的時間配合 ADC0809 的 0 通道和變送器的輸出端相連，所以從通道 0（ IN0）上輸入的 0V+5V 范圍的模擬電壓經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后可由 8031 通過程序從 P0 口輸入到它的內(nèi)部 RAM 單元，在=0 和 WR=0 時， 8031 可使 ALE 和 START 變?yōu)楦唠娖蕉鴨?ADC0809 工作；在=0和 RD=0時， 8031可以從 ADC0809接收 A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。雙向可控 硅管和加熱絲串接在交流 220V、 50HZ交流市電回路。 U ％ t u 25% t u 50% t u 100％ t 圖 2－ 8可控硅調(diào)功器輸出功率和通斷時間的關(guān)系 可控硅接通時間可以通過可控硅控制硅控制極上觸發(fā)脈沖控制。圖中，電壓比較器 LM311用于把 50Hz正弦交流電壓變成方波。 8155用于鍵盤 /LED顯示器接口，2732可以作為 8031的外部 ROM存儲器， ADC0809為溫度測量電路的輸入接口。 17 圖 2－ 10 顯示器和鍵盤電路 PBPBPBPBPBPBPBPB01234567PAPAPAPAPAPAPAPA01234567abcdefdp1AAAAAAAA26345781AAAAAAAA26345786134578YYYYYYYY26134578YYYYYYYY2g+5V+5VRESETCEIO/MWRRDALEPALERDWRPPBIC8718 4+5V+5V100 8+5VVCCV CCGGNDG815500~20 μ F1K80311BIC87188023PCPCPCPCDD 7Ω0 1 2 3 4 5 6 78 9 10 11 12 13 14 1516 17 18 19 20 21 22 2324 25 26 27 28 29 30 31Ω 18 第 三 章 溫度控制的算法和程序 溫度控制的算法 溫度控制系統(tǒng)要求較高時，常常采樣有源校正環(huán)節(jié)。對于那些數(shù)學(xué)模型不易精確求得、參數(shù)變化較大的被控對象，采樣 PID調(diào)節(jié)器也往往能得到滿意的控制效果。偏差控制的原理是先求出實測爐溫對所需爐溫的偏差值，然后對 偏差值處理而獲得控制信號去調(diào)節(jié)電阻爐的加熱功率，以實現(xiàn)對爐溫的控制。 通常，符合上述功能的溫度控制程序由主程序和 T0中斷服務(wù)程序組成，現(xiàn)分述如下： （ 1）主程序 主程序應(yīng)包括 8031本身的初始化等等。 程序清單為： ORG 0100H DISM0 DATA 78H DISM1 DA