【正文】 調(diào)功程序流程圖 I N T 0 中 斷 程 序裝 入 中 斷 次 數(shù) 指 針裝 入 P 1 .2 調(diào) 功 百 分 比送 P 1 .2返 回 圖 44 調(diào)功程序流程圖 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 （論文） 26 溫度顯示流程圖 開 始顯 示 器 緩 沖 區(qū) 指 針 置 初值 1 9 H → R O掃 描 模 式 置 初 值0 1 H → R 3R 3 → 7 4 L S 1 6 4 的 A 口取 顯 示 數(shù) 據(jù) 查 表 轉(zhuǎn) 換 為 段 碼→ 7 4 L S 1 6 4 的 B 口延 遲 1 m s顯 示 緩 沖 指 針 R 0 加 1（ R 3 ） . 5 = 1 ?R 3 左 移 一 位開 始 執(zhí) 行YN 圖 45 溫度顯示流程圖 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 （論文） 27 第 5 章 控制算法及濾波 數(shù)學(xué)建模與控制算法 數(shù)學(xué)建模 為了使系 統(tǒng)獲得較好的性能指標(biāo)，首先要了解被控對象的 特性，并用以作為設(shè)計自動控制系統(tǒng)的依據(jù)。 電源 電路 的設(shè)計 在本次設(shè)計的控制系 統(tǒng)中， AT89C205 V/F 轉(zhuǎn)換器、傳感器、執(zhí)行機構(gòu)、鍵盤顯示電路都需要有穩(wěn)定的直流電源供電才能正常工作。 R1的計算公式如下： 3 11122 201 ???? AVIVR PP （ 式 35） 輸出限流電阻 1R 取 330Ω 。 圖 39 過零觸發(fā) 光耦合雙向可控硅驅(qū)動器 MOC3061 光耦合雙向可控硅 驅(qū)動器和可控硅 的連 接圖如 圖 310 所示 ，其中包含了過零觸發(fā)電路，加入過零觸發(fā)電路是為了減少晶閘管再導(dǎo)通時對電源的影響。 5 腳為空腳。其特點是： （ 1）主端子兩端電壓超過 時，無論極性如何，可用 G出發(fā)導(dǎo)通； （ 2） G極上無信號時，晶閘管兩端為高阻抗，管子截止； （ 3）工作交流時，當(dāng)每一半周交替時，純阻負(fù)載能恢復(fù)截止。 輸出控制電路的設(shè)計 本次設(shè)計采用光耦合雙向可控硅進行電阻爐的功率調(diào)控。當(dāng) F1=1 時 ，表示已完成除抖動處理，此時檢查 F2，若 F2為 0，則將 F2 置 1并進行按鍵識別處理同時執(zhí)行相應(yīng)程序。 這種掃描方式利用 AT89C2051 產(chǎn)生 10ms 的定時中斷， CPU 響應(yīng) 定時器溢出中斷請求并對鍵盤進行掃描，當(dāng)按下按鍵時識別出該按 鍵，并執(zhí)行相應(yīng)鍵的程序。 89C2051 的串行口工作 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 （論文） 19 于方式 0，即移位寄存器方式。在移位時鐘的作用下，串行口發(fā)送緩沖器的數(shù)據(jù)一位一位地移入 74LS164 中。 AT89C2051 余下的并行 I/O 線已經(jīng)不能滿足數(shù)據(jù)的并行輸出，但可以考慮串行輸出方法。本次設(shè)計使用的是 LG5011 LED 發(fā)光二極管。 圖 36 存儲器擴展電路 24C01 的 SCL 和 SDA 引腳分別接入單片機得 引腳和 引腳上， 向24C01 提供時鐘頻率， 是與 24C01 之間進行串行數(shù)據(jù)傳送。再經(jīng)過兩個串聯(lián)的電阻分壓，則得到 0～ 5V的電壓信號 ，這樣就滿足了 V/F 轉(zhuǎn)換器的電壓輸入條件。 要想保持測溫的準(zhǔn)確性，必須保持冷端的溫度恒定 ，因此將熱電偶冷端接地，這樣就也省去了溫度補償部分，是電路大大簡化。 本電路必須使用低 溫度系數(shù)的原件，所以電容選用聚酯薄膜電容。其轉(zhuǎn)換電路如圖 34所示： 圖 34 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 LM331 各 個 引腳同能說明如下：腳 1為脈沖電流 輸入 端，內(nèi)部相當(dāng)于脈沖恒流源，脈沖寬度與內(nèi) 部單穩(wěn)態(tài)電路相通；腳 2為輸出端脈沖電流幅度調(diào)節(jié)， RS 越小，輸出電流越大；腳 3 為脈沖電壓輸出端， OC 門結(jié)構(gòu) ，不用時可懸空或接地；腳 4為接地；腳 5 為單穩(wěn)態(tài)外接定時時間常數(shù) RC；腳 6 為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖輸入端，低于腳 7電壓觸發(fā)有效，要求輸入負(fù)脈沖寬度小于單穩(wěn)態(tài)輸出脈沖寬度 Tw；腳 7 為 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 （論文） 14 比較器基準(zhǔn)電壓，用于設(shè)置輸入脈沖的有效觸發(fā)電平高低；腳 8為電源 Vss，正常工作電壓范圍為 4～ 40V。 圖 32 復(fù)位電路 時鐘電路 XTAL1 和 XTAL2 為內(nèi)部放大器的輸入端和輸出端，這個放大器可以配置一個內(nèi)部振蕩器，如圖 33 所示： 圖 33 時鐘電路 選用 12MH 的晶振作為 8031 的時鐘電路， 電容 C1=C2=30pF177。 圖 31 AT89C2051管腳圖 復(fù)位電路選用了按鍵式復(fù)位電 路 ，如圖 32所示。 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 （論文） 10 如果使用鎖存器接口，則有幾位 LED 顯示器就需要幾個鎖存器。 動態(tài)顯示的實質(zhì)是以犧牲 CPU 的時間來換取元件的減少，而且顯示位數(shù)越多，占用 CPU 的時間越長。 （ 3）由于是正向偏置工作，因此性能穩(wěn)定，工作溫度范圍廣，壽命長 。 顯示器的選擇 論證 本次設(shè)計采用 LED 顯示器 。 為達到零觸發(fā)的目的，需要交流電過零檢測電路，此電路輸出對應(yīng) 50Hz 交流 電壓過零時刻的脈沖，作為雙向觸發(fā)可控硅的同步脈沖，這樣就能實現(xiàn)可控硅在交流電壓過零時刻出發(fā)導(dǎo)通。 輸出控制電路的選擇 論證 通過繼電器的導(dǎo)通 /閉合來控制電阻絲的通斷，從而達到對電阻爐的溫度控制，單片機只發(fā)送通斷命令。 獨立式按鍵顧名思義就是各個按鍵相互獨立，每個按鍵各接入一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不影響其它線上的工作狀態(tài) 。列線電平如果為低，則行線電平為低；列線電平如果為高，則行線電平亦為高。 綜上所述，雖然 24C01 的編程較 2864A 復(fù)雜，但本次設(shè)計使用的是 89C2051 單片機，其只有 20 個引腳，而 24C01 占用的口線非常少，所以 本次設(shè)計選用 24C01作為擴展存儲器。 擴展芯片 24C01 是一種 128 字節(jié) 串行 2EPROM 芯片，它提供了 128 字節(jié)電可擦只讀程序存儲器。 （ 3）數(shù)據(jù)查詢方式：數(shù)據(jù)查詢方式是指用軟件來檢測寫操作中的頁存儲周期是否完成。其特點是： （ 1）測量溫度長期可達 1000℃ ，短期可達 1300℃ ； （ 2）價格比較便宜，在工業(yè)上廣泛適用； （ 3）高溫下抗氧化能力強； （ 4）復(fù)現(xiàn)性好，熱電動勢大。兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）組合成閉合回路，若兩種導(dǎo)體的連接點溫度不同，則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動勢存在，這種現(xiàn)象叫熱電效應(yīng)。但本次設(shè)計要求測量 溫度在 600～ 1000℃ 之間，故不予采用。但由于半導(dǎo)體熱敏電阻的溫 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 （論文） 6 度特性曲線很不一致，互換性差，在連續(xù)測量中的應(yīng)用受到了極大的限制，與本次 設(shè)計要求不符，故不予采用。 LM331 的工作特性如下： （ 1）單電源或雙電源供電，單電源供電電壓為 +15V 時，可保證轉(zhuǎn)換精度； （ 2）線性低； （ 3） 15mW 低功耗； （ 4） 頻率范圍為 1KHz～ 100KHz。 V/F 轉(zhuǎn)換器能夠把電壓信號轉(zhuǎn)換為頻率信 號，通過計算機處理再把頻率信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，由此完成了 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換。 12V，差分輸入范圍為 177。該器件具有轉(zhuǎn)換效率高、功耗低、接口方便等優(yōu)點，特 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 （論文） 5 別適合在航空電子、數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制、多媒體、機器人等領(lǐng)域應(yīng)用。采用 P8/P16 并行輸出，帶有內(nèi)部時鐘和基準(zhǔn)電壓源，無丟失碼， 2MHz采樣頻率時的功率為 175mW， SNR 為 90dB。 系統(tǒng)方案論證 整個電阻爐溫度控制系統(tǒng)由單片機控制系統(tǒng)、溫度變送器、可控硅輸出部分、A\D模數(shù)轉(zhuǎn)換和被控對象組成。 ，包括硬件的組成及 各 功能子模塊電路的設(shè)計 。 這次設(shè)計主要做的是硬件電路的設(shè)計和軟件的編程，用計算機對溫度進行控制，同時采用 PID 算法使系統(tǒng)獲得較好的性能指標(biāo)。如今，隨著微機技術(shù)不斷發(fā)展，微型計算機已經(jīng)廣泛應(yīng)用于溫度控制。 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 （論文） 2 系統(tǒng)的控制精度靠試驗者來調(diào)節(jié)，系統(tǒng)設(shè)置隨著環(huán)境的變化而變化，同時儀表控制參數(shù)需要由人工選擇，這樣就會導(dǎo)致費時、費力、且不準(zhǔn)確 。這對日常生活中的設(shè)備來說足夠了，但對精度要求很高的軍事和工業(yè)來說就不夠了。由此可見，溫度控制在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，所以對溫度控制 進行研究是非常有意義的。PROM serial to storage measurement data and control parameters， thus ensure after power failure data can still be saved. Detection signal amplifier amplification by entering multiple switch after, multichannel switch turns detection three channels temperature signal after take turns output to A/D converter, finally the voltage signal into frequency signal transmission give microcontroller to undertake handling. Control mode is adjustable power control, through the use of optical coupling bidirectional thyristor of double guide the thyristor controlled conduction percentage, and the power of resistance wire adjusted. On the keyboard input preset temperature, SCM through control double guide the thyristor conduction percentage of power of resistance wire on the adjustment, make temperature control in default, while in the LED display on display the current insideheater temperature. Keywords： AT89C2051 frequency convert adjust 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 （論文） III 目 錄 第 1 章 概 述 ....................................................... 1 電阻加熱爐自動控溫系統(tǒng)的研究背景及意義 ........................ 1 目前國內(nèi)外研究現(xiàn) 狀 ............................................ 1 論文研究的主要內(nèi)容 ............................................ 2 第 2 章 方案論證 ..................................................... 3 系統(tǒng)設(shè)計要求 .................................................. 3 系統(tǒng)方案論證 .................................................. 3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇論證 ...................................... 4 溫度檢測的選擇論證 ........................................ 5 存儲器擴展電路的選擇論證 .................................. 6 鍵盤的選擇論證 ............................................ 8 輸出控制電路的選擇論證 .................................... 8 顯示器的選擇論證 .......................................... 9 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 ................................................ 11 控制單元的設(shè)計 ............................................... 11 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計 .