【正文】 工作曲線由三部分組成： （ 1）等數(shù)升（降）溫度。 傳統(tǒng)的控制方式以不能滿足高精 度，高速度的控制要求，如溫度控制表溫度接觸器，其主要缺點(diǎn)是溫度波動(dòng)范圍大，由于他主要通過控制接觸器的通斷時(shí)間比例來達(dá)到改變加熱功率的目的，受儀表本身誤差和交流接觸器的壽命限制，通斷頻率很低。傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且精度差，單片機(jī)的出現(xiàn)使得溫度的采集和數(shù)據(jù)處理問題能夠得到很好的解決。本系統(tǒng)所使用的加熱爐為燃料加熱爐，加熱爐溫控范圍 200～ 650℃，熱處理爐溫升速率 100～ 150℃ /h， 加熱爐恒溫時(shí)間可調(diào)，且要能顯示當(dāng)前溫度值。按熱源劃分有燃料加熱爐、電阻加熱爐、感應(yīng)加熱爐、微波加熱爐等。 關(guān)鍵詞 : AT89S52；傳感器； PID 調(diào)節(jié)； ADC0809 AT89S52； Sensor； PID； ADC0809 目 錄 電氣與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） IV 第一章 概 述 ........................................................ 1 單片機(jī)作用 .................................................. 1 溫度控制系統(tǒng)作用與要求 ...................................... 2 溫度控制的作用 ......................................... 2 溫度控制的要求 ......................................... 2 第二章 系統(tǒng)原理及電路設(shè)計(jì) .......................................... 3 溫度的檢測(cè) ................................................... 3 傳感器簡(jiǎn)介 ............................................. 3 溫度的測(cè)量電路 .............................................. 4 MCS51 單片機(jī) ................................................ 7 MCS51 系列單片機(jī)引腳 ........................................ 8 鎖存器 74LS373 簡(jiǎn)介 ......................................... 10 總線驅(qū)動(dòng)器 74LS244 .......................................... 10 單片機(jī) I/O 口的擴(kuò)展 ......................................... 11 、 8155 接口電路 ........................................ 11 、 8255 接口電路 ....................................... 12 、 LED 電路的設(shè)計(jì) ....................................... 12 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇及連接 ...................................... 14 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) .............................................. 15 復(fù)位電路 ................................................... 15 、復(fù)位操作原理 ........................................ 15 、復(fù)位電路 ............................................ 16 看門狗電路的設(shè)計(jì) ........................................... 16 時(shí)鐘電路 .................................................. 17 、時(shí)鐘電路 ............................................ 17 、時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生 ..................................... 17 電磁閥控制電路 ............................................ 18 電磁閥的結(jié)構(gòu) ......................................... 18 調(diào)節(jié)閥的流量特性 ............................................... 18 電源電路設(shè)計(jì) .............................................. 19 、直流型固態(tài)繼電器 ......................................... 20 第三章 數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器 ....................................... 21 數(shù)字 PID 控制算法 ........................................... 21 數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇 .................................. 23 、湊試法確定 PID 調(diào)節(jié)參數(shù) ............................... 23 、實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)法確定 PID 調(diào)節(jié)參數(shù) ........................... 24 、采樣周期的選擇 ....................................... 25 PID 調(diào)節(jié)器及被控過程的數(shù)學(xué)模型 ............................. 25 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ........................................ 27 主要程序的框圖和原理圖 .................................... 27 總結(jié) ....................................................... 30 致謝 ....................................................... 32 參考文獻(xiàn) ................................................... 31 電氣與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） V 附錄 ....................................................... 33 電氣與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 1 第一章 概 述 單片機(jī) 作用 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，溫度是最基本的工藝參數(shù)之一，因此對(duì)溫度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制是生產(chǎn)自動(dòng)化的重要任務(wù)之 — 。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及加入 WTO，我國政府及企業(yè)對(duì)此都非常重視，對(duì)相關(guān)企業(yè)資源進(jìn)行了重組，相繼建立了一些國家、企業(yè)的研發(fā)中心，開展創(chuàng)新性研究，使我國儀表工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的 說明并表示了謝意。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)作為核心進(jìn)行控制。 本系統(tǒng)以 AT89S52 單片機(jī)為核心構(gòu)成一個(gè)智能爐溫控制系統(tǒng)，具有對(duì)電爐溫度的定時(shí)檢測(cè)、實(shí)時(shí)控制和調(diào)節(jié) ，參數(shù)顯示和打印，存儲(chǔ)必要的信息等功能。應(yīng)用遍及石油、化工、冶金、機(jī)械、熱處理、表面處理、建材、電子、材料、輕工、日化、制藥等諸多行業(yè)領(lǐng)域。 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)是以 MCS5l單片機(jī)為控制核心，輔以采樣反饋電路，驅(qū)動(dòng)電路，晶閘管主電路對(duì)電爐爐溫進(jìn)行控制的微機(jī)控制系統(tǒng)。溫度是工業(yè)對(duì)象中的一個(gè)重要的被控參數(shù)。近幾年來快速發(fā)展了多種先進(jìn)的溫度控制方式，如： PID 控制，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及遺傳算法控制等。這一工藝過程要求加熱爐在規(guī)定時(shí)間內(nèi)等速從某個(gè)溫度值變化到另一溫度值。 溫度（ C）Tt1 t2 t3升溫斜率降溫斜率恒溫 圖 12 熱處理溫度曲線 電氣與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 3 第二章 系統(tǒng)原理及 電路設(shè)計(jì) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)其工作原理為：熱處理器 上有 8個(gè)溫度傳感器和 14 個(gè)控制閥，溫度傳感器與控制閥是一一對(duì)應(yīng)的對(duì)關(guān)，一個(gè)測(cè)溫點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)控制閥。其一般結(jié)構(gòu)如圖 2— 1 所示 。 熱電偶傳感器是工業(yè)溫度測(cè)量中應(yīng)用最廣泛得一種傳感器，具有精確度高、測(cè)量范圍廣、構(gòu)造簡(jiǎn)單、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。 熱電偶的測(cè)溫范圍很寬 ,一般為－ 50～＋ 1600℃ ，最低可達(dá)－ 200℃，最高達(dá)2800℃（短時(shí)間內(nèi)）：在良好的測(cè)量電路配合下，它可以實(shí)現(xiàn)搞精度測(cè)量，因此在工業(yè)生產(chǎn)過程得 到很廣泛的應(yīng)用。 溫度 的 測(cè)量電路 由于熱電偶所輸出的熱電動(dòng)勢(shì)一般很小。通過比較和討論，在這本的設(shè)計(jì)中我們采用了測(cè)量放大器，下面介紹一下測(cè)量放大器。 23 測(cè)量放大器的原理圖 測(cè)量放大器的放大倍數(shù)用下面公式計(jì)算 ?????? ????GGI RRRRRRUUG 39。國內(nèi) 749 廠生產(chǎn)的有 ZF60 ZF60 ZF60 ZF606 等。 AD521 AD521 的管腳功能與基本接法如圖 2— 4所示 圖 2— 4 AD521 的管腳功能與基本接法 (a) 管腳功能 (b) 基本接法 管腳 OFFSET(4， 6)用來調(diào)節(jié)放大器零點(diǎn)，調(diào)節(jié)方法是將該端子接到 10?k 電電氣與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 6 位器的兩固定端，滑動(dòng)端接負(fù)電源端。設(shè)計(jì)這樣的放大器是不太困難的，但是在設(shè)計(jì)電路時(shí)，還必須小心的選用有關(guān)元器件。 假設(shè)該電路實(shí)現(xiàn) 0～ 800℃所對(duì)應(yīng)電勢(shì)的放大，根據(jù)表 2－ 2所示的 K型熱電偶的溫差電勢(shì)，在 0℃時(shí)，溫差電勢(shì) 0V， 800℃時(shí)對(duì)應(yīng)的溫差電勢(shì)為 。 單片機(jī)主要應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，用來實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的檢測(cè)、數(shù)據(jù)的采集以及對(duì)應(yīng)用對(duì)象的控制。 AT89S52 是 MCS－ 51 系列單片機(jī)的一種型號(hào)，在 MCS－ 51系列單片機(jī)中還有 805 803 80C31 等。一般微處 理器（如 Z80）只包括運(yùn)算器和控制器兩部分。 a) 運(yùn)算器：包括一個(gè)可進(jìn)行 8 位算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的單元 ALU， 8 位的暫存器 暫存器 2， 8 位的累加器 ACC，寄存器 B 和程序狀態(tài)寄存器 PSW 等。除此之外， ACC 在8051 內(nèi)部經(jīng)常作為數(shù)據(jù)傳送的中轉(zhuǎn)站。 B： 8位寄存器，在乘、除運(yùn)算時(shí)， B寄存 器用來存放一個(gè)操作數(shù)，也用來存放運(yùn)算后的一部分結(jié)果；若不做乘、除運(yùn)算時(shí)，則可作為通用寄存器使用。它們都是雙向端口，每個(gè)端口各有 8條 I/O 線，均可輸入 /輸出。 這 40 腳大致可分為：電源（ VCC、 VSS、 VDD、 VPD），時(shí)鐘（ XTAL XTAL2），I/O（ P0— P3），地址總線（ P0、 P2），數(shù)據(jù)總線（ BUS）和控制總線（ ALE、 RST、PROG 、 PSEN 、 EA） 6大部分。在使用外部振蕩源時(shí)，此端必須接地。 當(dāng)訪問外部程序器時(shí)， ALE(地址鎖存 )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。每個(gè)口都包含一個(gè)鎖存器，即專用寄存器 P0P3，一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。 P0 口：可作為一般的 I/O 口用，但應(yīng)用系統(tǒng)采用外部總線結(jié)構(gòu)時(shí)，它分時(shí)作低 8位地址 和 8位雙向數(shù)據(jù)總線用。作為第一功能使用時(shí)同 P1 口，每一位均可獨(dú)立作為 I/O口。該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。 ALE 在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)輸出兩個(gè)脈沖。在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間，該信號(hào)將不出現(xiàn)。 5． 單片機(jī)外總線結(jié)構(gòu) 微型計(jì)算機(jī)大多數(shù) CPU 外部都有單獨(dú)的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，而 MCS— 51 單片機(jī)由于受到芯片管腳的限制，數(shù)據(jù)線和地址線（低 8 位）是復(fù)用的，而且是 I/O 口兼用。但是， 一般串行接口器件速度慢，在需要高速應(yīng)用的場(chǎng)合，還是并行擴(kuò)展法占主導(dǎo)地位。 1Q～ 8Q 為 8 個(gè)輸出端。當(dāng) O