【正文】 thermocouple transmitter, control part C8051F060 Boards module, operative and other solidstate relay. Some major software also includes main program and procedures T0 interrupted several parts. This system mainly use software control temperature. I use PID control the temperature in this design. When the temperature changes result in a deviation of, through the PID algorithm to change its output pulse width, thus changing the solid state relays ontime and eventually change the heating wire power, to achieve the purpose of regulating temperature. We will thermocouple, the input and output channels。盡管溫度控制很重要，但是要控制好溫度常常會遇到意想不到的困難。而采用以參數(shù)自整定 PID 控制為基礎(chǔ)的溫控系統(tǒng)具有自動檢測、數(shù)據(jù)實時采集、處理及控制結(jié)果顯示等功能，簡單、可靠 , 具有真正的智能化和靈活性，大大提高了控制質(zhì)量及自動化水平 ,具有良好的經(jīng)濟效益，對提高電爐溫度的控制精度 具有較好的意義。設(shè)計結(jié)果應(yīng)是實際值與設(shè)定值誤差甚少，結(jié)果良好。C。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。 系統(tǒng)是一個由 C8051F060 單片機控制的電阻爐溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)。 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計 ） 3 第二章 系統(tǒng)硬件 設(shè)計 C8051F060 單片機簡介 C8051F060 單片機的基本特點 圖 2－ 1 C8051F060 原理圖 （１）內(nèi)核采用流水線結(jié)構(gòu) ,速度可達(dá) 25MIPS（ 25MHZ晶振） ,比普通的 51單片機快 10倍 。 （２）片上集成有 64KＢ Ｆ lash、 4352Ｂ內(nèi)部 RAM（ 256＋ 4KB,可外擴至 64KB）、 59 個Ｉ／Ｏ口、 ２通道 16 位１Ｍ SPS的可編程增益 Ａ DC、８通道 10 位 200KSPS可編程增益 ADC、２路 12 位DAC、３路模擬比較器、內(nèi)部電壓基準(zhǔn) 以及片內(nèi)電源監(jiān)視、降壓檢測和看門狗等功能。 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計 ） 4 存儲器結(jié)構(gòu) 圖 21 是 C8051F060 單片機的存儲器結(jié)構(gòu)圖。這樣，單片機就有足夠的 SFR 來設(shè)定和配制各種接口資源，并為以后擴展預(yù)留了足夠的空間， 低端的 128 字節(jié) RAM 可通過直接或間接尋址來訪問，這和 8051 單片機的 RAM 完全一樣。外部數(shù)據(jù)存儲器尋址范圍可以只映射為片內(nèi)存儲器、片外存儲器或二者的組合，即 4KB 以內(nèi)指向片內(nèi)， 4KB 以上指向外部存儲器接口 EMIF，該 EMIF 可以配置為復(fù)用 和非復(fù)用地址線 /數(shù)據(jù)線兩種方式。 64KB 的 Flash 存儲器區(qū)除了可以存放程序代碼外，也可以用來存放非易失數(shù)據(jù)。 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計 ） 5 圖 2－ 3 C8051F060 外觀圖 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計 ） 6 圖 2－ 4 C8051F060 接線圖 模數(shù) /數(shù)模轉(zhuǎn)換器 C8051F060系列內(nèi)部都有一個 ADC子系統(tǒng)，由逐次逼近型 ADC、多通道模擬輸入選擇器和可編程增益放大器組成。 ADC1也有 靈活的轉(zhuǎn)換控制機制，允許用軟件命令、定時器溢出或外部信號輸入啟動 ADC1轉(zhuǎn)換；用軟件可以使 ADC1與 ADC0同步轉(zhuǎn)換。 DAC為電壓輸出模式，與 ADC共用參考電平。當(dāng)ADO_CON、 ADl– CON 為高電平時，運放的輸出 OUT2 進入 ADO 進行 A／ D 轉(zhuǎn)換，運放的輸出OUT4 進入 ADl進行 A／ D 轉(zhuǎn)換；當(dāng) ADO_CON、 ADl– CON 為低電平時，運放的輸出 OUTl進入ADO 進 行 A／ D 轉(zhuǎn)換，運放的輸出 OUT3 進入 AD1 進行 A／ D 轉(zhuǎn)換， 如 圖 所示 。運算放大器電路放大倍數(shù) G=2K1／ R3。定時器 0和 1幾乎完全相同 ，并且有 4種工作方式。定時時鐘脈沖為 12個系統(tǒng)鐘周期選項提供了與標(biāo)準(zhǔn) 8051系列的兼容性。在被訪問時以兩個字節(jié)的形式出現(xiàn)：一個低字節(jié) TL0或 TL1和一個高字節(jié) TH0或 TH1。 0定時器 1未溢出。 5位： TF0： 定時器 0 溢出標(biāo)志 當(dāng)定時器 0 溢出時由硬件置位該標(biāo)志能被軟件清除當(dāng) CPU 進入定時器 0 中斷服務(wù)程序時它被自動清除。 1 定時器 0允許。 1 /INT1是邊沿觸發(fā)。 1 /INT0 是邊沿觸發(fā)。 6位： C/T1： 計數(shù) 器 /定時器 1選擇。 1： 定時器 2使用系統(tǒng)時鐘。 3位 : T0M 定時器 0 時鐘選擇 此位控制計數(shù)器 /定時器 0 的系統(tǒng)時鐘的分頻。 中斷系統(tǒng) 兩個外部中斷源（ /INT0 和 /INT1）可被配置為低電平觸發(fā)或下降沿觸發(fā)輸入，由 IT0（ ）和 IT1（ ）的設(shè) 置決定。在 ISR 返回前必須使該中斷請求無效，否則將產(chǎn)生另一個中斷請求。它具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，準(zhǔn)確度高，熱慣性小，穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性好，溫度測量范圍寬，適用于信號的遠(yuǎn)傳自動記錄和集中控制的優(yōu)點，在溫度測量中占有重要的地位。當(dāng)兩種不同導(dǎo)體 A， B接觸是時，由于導(dǎo)體兩邊的自由電子密度不同，在交界上邊產(chǎn)生電子的互相擴散。 在圖 211所示的熱電偶回路中，當(dāng)接觸 2的溫度不同時，則產(chǎn)生兩個不同的接觸電動勢 eAB(t)和 eAB(0)。 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計 ） 11 圖 2－ 10 圖 2－ 11 熱電偶是由兩種不同導(dǎo)線或半導(dǎo)體材料焊接而成。 但是，如果圖 212中導(dǎo)體Ｂ、Ｃ和導(dǎo)體Ｃ、Ａ接點處溫度不同時，回路中總電勢會發(fā)生變化。但是，這種方法是不經(jīng)濟的， 因為從現(xiàn)場到儀表室一般較遠(yuǎn)，這將要耗費許多貴重的熱電板材料。 %，適用熱電偶時必須十分注意其適用條件，在有些氣氛環(huán)境下，熱電偶性會急劇變化，產(chǎn)生很大的測量誤差。 它適用于氧化性或中性介質(zhì)中使用。直流毫伏變送器電源為 24V DC集中供電，實現(xiàn)了二線制接線方式。該儀表的輸入回路與輸出回路，電源回路之間只有磁的聯(lián)系，無電 的直接聯(lián)系，因此它們之間是安全隔離的，調(diào)整校驗步驟如下： ⑴ 準(zhǔn)備工作：按要求準(zhǔn)備好設(shè)備，檢察供電電壓是否 24VDC，極性是否正確，檢查接線無誤后接通電源，待通電半小時后，按照技術(shù)條件逐次檢查，首先根據(jù)該臺儀表的型號按表列出檢查點的輸入信號值，一般檢查點的量程范圍 0％， 10％， 30％， 50％， 70％， 90％， 100％，調(diào)整電阻箱，用Ｖ tg測量輸入信號，記下電阻箱的數(shù)據(jù)。 4~20mA 線性化變送器，它可與鎳絡(luò) 鎳硅測溫傳感器構(gòu)成精密的 T/I 變換。 有如下兩種應(yīng)用于轉(zhuǎn)換溫度信號的典型電路： 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計 ） 13 圖 2－ 13 溫 度轉(zhuǎn)換一 圖 2－ 14 溫度轉(zhuǎn)換二 固態(tài)繼電器 固態(tài)繼電器簡稱 SSR，它是晶體管或可控硅代替常規(guī)繼電器的觸點開關(guān)，而在前級把光電隔離器融為一體，因此，固態(tài)繼電器實際上是一種帶光電隔離器的觸點開關(guān)。其原理圖如下。 圖 2－ 15 固態(tài)繼電器原理圖 過零觸發(fā)型 AC— SSR為四端器件，其內(nèi) 部電路如圖 215所示。圖中交流電壓分三個區(qū)域， Ⅰ 區(qū)為 10V～ +10V范圍，稱為死區(qū)，在此區(qū)域中加入輸入信號時不能使 SSR導(dǎo)通。 圖 216 電壓波形 圖 2－ 17 交流 SSR 輸出波形圖 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計 ） 15 第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 PID 算法 根據(jù)對偏差的比例（ P），積分（ I） ,和微分（ D） 運算而進行控制（簡稱 PID 控制），是對過程控制系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的一種 控制規(guī)律，此控制規(guī)律對許多工業(yè)過程控制時，都能得到比較滿意結(jié)果。 PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例，積分和微分計算出控制量進行控制的。但是，比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。這樣，即使誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減少，直到等于零。 由于自動控制系統(tǒng)有較大的慣性 組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（ delay）組件，在調(diào)節(jié)過程中可能出現(xiàn)過沖甚至振蕩。解決的辦法是抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。隨著計算機的出現(xiàn)，把它移植到計算機控制系統(tǒng)中來，將原來的硬件實現(xiàn)的功能用軟件來代替，因此稱作 PID 控制器，所形成的一整套算法則稱為數(shù)字 PID算法。 所謂增量式 PID是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量 。滿足這一定理，采樣信號方可恢復(fù)或近似地恢復(fù)為原模擬信號，而不丟失主要信息。 （ 5）從計算機精度考慮，采樣周期不宜過短。 Dk 微分系數(shù)， pDD kTk T? 。圖 34 為數(shù)字 PID 控制算法流程圖。其余符號的意義。上式的控制度定義只有概念上的意義，缺乏可操作性。而放大系數(shù)和積分作用對系統(tǒng)的影響與此相似，即放大系數(shù)變大和積分作用變強都會使系統(tǒng)穩(wěn)定性變壞。若 ? 較大， T0可取大一些，宜選擇較大的控制度。 ● 用記錄儀表記錄被調(diào)量在階躍輸入下的整個變化過程曲線。 純滯后的一階對象： 這種對象的微分方程為： Ty(t)’ +y(t)=Kc(tτ ) （ 310） 則它的傳遞函數(shù)為： W(s)=Keτ s/(T0S+1) （ 311） 圖 3－ 8 純滯后一階曲線圖 它的曲線如上圖所示。但階躍信號也不能取得太小，否則干擾對測量結(jié)果誤差的影響就相對增加。當(dāng)然它對應(yīng)的輸入也就是這個突然附加的階躍信號。輸出從起始值到達(dá) 。 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計 ） 24 圖 3－ 11 電阻爐 飛升曲線圖 根據(jù)飛升曲線 可得出電阻爐的參數(shù)： T0= 1490 （ S） τ =40 （ S） 根據(jù)控制度為 ，控制規(guī)律為 PID 以及 τ、 T0查表 32 則可以求出 PID 參數(shù) Kp、 Ki、 Kd、 T。首先使 T0定時器產(chǎn)生每 5秒一次的定時中斷，作為本系統(tǒng)的采樣周 期。 需要說明的是， T1中斷嵌套在 T0中斷之內(nèi)，而 T1的初值是由 PID計算決定的，所以 PID的最大輸出必須小于 250，既保證在 T0 再次溢出中斷之前， T1 中斷服務(wù)結(jié)束，并以 T0 中斷返回到主程序，否則程序不能正常運行。 對 A清零 MOV 2FH, A MOV 30H, A MOV 3BH, A MOV 3CH, A MOV 3DH, A MOV 3EH, A MOV 44H, A 。 T0 賦初值 MOV 31H， 00H MOV 32H， 02H ；送 UR 值 MOV 33H， 00H MOV 34H， 2BH ； KP 賦初值 MOV 35H， 00H