【正文】 好設(shè)計(jì)的前提也是掌握足夠多的系統(tǒng)理論知識(shí)，對(duì)于已經(jīng)課本很不熟悉的我們來說，無疑是一件很困難的事情，所以每天都必須復(fù)習(xí)曾經(jīng)學(xué)的知識(shí)，并鞏固知識(shí)，努力將知識(shí)系統(tǒng)化就是這次課程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。從圖形中可以看出對(duì)于大滯后系統(tǒng)采用 大 林算法能使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)無靜差，超調(diào)為零，調(diào)解時(shí)間也很小，控制效果很好。我們采用軟件的方法，利用主程序循環(huán)掃描，主程序每循環(huán)一次掃描到的鍵值相同時(shí)，則說明是某鍵按下。 一階慣性環(huán)節(jié)的大林算法的 D(z)基本形式 當(dāng)被控對(duì)象是帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)時(shí) ，由式（ 21）的傳遞函數(shù)可知，其脈沖傳遞函數(shù)為 ： 貴州大學(xué)課題設(shè)計(jì) 第 11 頁 將此式代入（ 24），可得 （ 25） 式中： T—— 采樣周期： ——— 被控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)； ——— 閉環(huán)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)。 圖 系統(tǒng)軟件流程圖 貴州大學(xué)課題設(shè)計(jì) 第 10 頁 基于大 林算法的 電加熱爐溫度控制 的相關(guān)計(jì)算 大 林 算法中 D(z)的基本形式 設(shè)被控對(duì)象為帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)或二階慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)分別為： （ 21） （ 22） 其中 為被控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)， 為被控對(duì)象的純延遲時(shí)間，為了簡(jiǎn)化，設(shè)其為采樣周期的整數(shù)倍，即 N為正整數(shù)。其中控制算法采用最小拍無紋波控制算法，以達(dá)到更好的控制效果。 通過比較及對(duì)程序的分析，本設(shè)計(jì)當(dāng)中三組數(shù)碼管均采用了共陰極靜態(tài)顯示。 LED 數(shù)碼管的顯示方法 動(dòng)態(tài)顯示：動(dòng)態(tài)掃描，分時(shí)循環(huán) 靜態(tài)顯示：一次輸出，結(jié)果保持 (1)動(dòng)態(tài)顯示 動(dòng)態(tài)顯示，就是微型機(jī)定時(shí)地對(duì)顯示器件掃描，在這種方法中，顯示器件分時(shí)工作，每次只能一個(gè)器件顯示。 （ 4）程序中需等閉合鍵釋放后才對(duì)其進(jìn)行處理。 （ 2） 去除鍵抖動(dòng)。當(dāng)“設(shè)定”鍵按下時(shí)觸發(fā)鍵盤中斷服務(wù)程序，由程序程控掃描法確定那個(gè)鍵按下并執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。 圖 23 溫度傳感器 系統(tǒng)電路 貴州大學(xué)課題設(shè)計(jì) 第 6 頁 溫度控制系統(tǒng) 在溫度控制系統(tǒng)中選擇了固態(tài)繼電器。 在將溫度電壓值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的溫度值之前，對(duì)熱電偶的冷端溫度進(jìn)行補(bǔ)償，冷端溫度即是 MAX6675 周圍溫度與 0℃ 實(shí)際參考值之間的差值。 (2) MAX6675 單片熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換器 。 (1) K 型熱電偶的測(cè)溫原理 熱電傳感器是利用轉(zhuǎn)換元件的參數(shù)隨溫度變化的特性，將溫度和與溫度有關(guān)的參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電量變化輸出的裝置。 LED 顯示 溫度控制系統(tǒng) 熱電偶傳感器 AT 89 C51 電加熱爐 鍵盤 貴州大學(xué)課題設(shè)計(jì) 第 4 頁 微處理器 89C51 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 單片機(jī)采用 89C51 或其兼容系列芯片，采用 24MHZ 或更高頻率晶振，以獲得較高的刷新頻率，時(shí)期顯示更穩(wěn)定。 貴州大學(xué)課題設(shè)計(jì) 第 3 頁 第 2章 硬件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)原理 本設(shè)計(jì)在硬件部分選擇了單片機(jī)的 AT89C51 芯片為核心控制部分，輸出為 K型熱電偶傳感器 ，檢測(cè)溫度后傳回單片機(jī)系統(tǒng)，最后經(jīng)過溫度控制系統(tǒng)，從而加熱電阻，來達(dá)到控制電加熱爐的目的。 設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)針對(duì)一個(gè)溫區(qū)進(jìn)行控制，要求控制溫度 1000℃，控溫精度為177。由于許多實(shí)踐現(xiàn)場(chǎng)對(duì)溫度的影響是多方面的，使得溫度的控制比較復(fù)雜，傳統(tǒng)的加熱爐電氣控制系統(tǒng)普遍采用繼電器控制技術(shù)，由于采用固定接線的硬件實(shí)現(xiàn)邏輯控制，使控制系統(tǒng)的體積增大，耗電多，效率不高且易出故障，不能保證正常的工業(yè)生產(chǎn)。被控對(duì)象由一階慣性和純滯后環(huán)節(jié)組成。本設(shè)計(jì)采用大林算法進(jìn)行溫度控制，使整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)所期望的傳遞函數(shù)相當(dāng)于一個(gè)延遲環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)相串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)溫度的較為精確的控制。 電加熱爐是典型的工業(yè)過程控制對(duì)象，在我國(guó)應(yīng)用廣泛。其控制系統(tǒng)屬于一階純滯后環(huán)節(jié)，具有大慣性、純滯后、非線性等特點(diǎn)，導(dǎo)致傳統(tǒng)控制方式超調(diào)大、調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)、控制精度低。 技術(shù)參數(shù) ： 溫度控制范圍： 50～ 350℃ ； 控制精度177。 設(shè)計(jì)任務(wù) ： 設(shè)計(jì)一個(gè)電加熱爐， 用電爐絲提供功率，使其在預(yù)定時(shí)間內(nèi)將爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在給定值上。 （ 5）、能正確選擇、使用電子元器件和材料。 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)的任務(wù) ： （ 1）、了解單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作的一般過程。通過分析控制任務(wù)，選擇微處理器和外圍設(shè)備、建立數(shù)學(xué)模型及相應(yīng)控制算法、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)、硬件和軟件的具體設(shè)計(jì)，使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路和方法有更好的掌握。 （ 4）、借助手冊(cè)查 閱電子元器件及材料的有關(guān)數(shù)據(jù)。 （ 8）、編寫課程設(shè)計(jì)說明書，繪制完整的系統(tǒng)電路圖（ A3幅面）。被控對(duì)象由一階慣性和純滯后環(huán)節(jié)組成。 貴州大學(xué)課題設(shè)計(jì) 第 II 頁 摘 要 電 加熱 爐在化工、冶金等行業(yè)應(yīng)用廣泛，因此溫度控制在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中具有重要意義。這種方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低，但控制效果不理想，控制溫度精度不高、容易引起震蕩，達(dá)到穩(wěn)定點(diǎn)的時(shí)間也長(zhǎng)，因此，只能用在精度要求不高的場(chǎng)合。當(dāng)其溫度一旦超調(diào)就無法用控制手段使其降溫，因而很難用數(shù)學(xué)方法建立精確的模型和確定參數(shù)，應(yīng)用傳統(tǒng)的控制理 論和方法難以達(dá)到理想的控制效果。本設(shè)計(jì) 以單片機(jī)為控制核心，加上相應(yīng)的輸入輸出通道，采用 大 林算法，將溫度控制在規(guī)定范圍內(nèi)，并要求實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度值。因此，在工業(yè)生產(chǎn)和家居生活過程中常需對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)控。在這方面以日本、美國(guó)、德國(guó)、瑞典 貴州大學(xué)課題設(shè)計(jì) 第 2 頁 等國(guó)技術(shù)領(lǐng)先，并且都生產(chǎn)出了一批商品化的性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。 在微機(jī)內(nèi)部，主機(jī)將采樣值與給定值比較后進(jìn)行控制算法計(jì)算，再經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換器變成模擬量，然后經(jīng)放大器放大后輸 入調(diào)壓器，調(diào)節(jié)電壓的大小，以達(dá)到控制溫度的目的。其中 單片機(jī)的 89C51系統(tǒng) 為 加熱 爐 溫度 控制 系統(tǒng) 的核心部分起 著 重要作用。 圖 22 單片機(jī)系統(tǒng)電路 溫度傳感器 在溫度傳感器系統(tǒng)部分，選擇了 K 型熱電偶傳感器。熱電偶是基于熱電效應(yīng)工作的，熱電效應(yīng)產(chǎn)生的熱電勢(shì)是由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成的。 U1=（ 41μV/ ℃ ） （ TT0） （ 11） 上式中， U1 為熱電偶輸出電壓（ mV）， T 是測(cè)量點(diǎn)溫度； T0 是周圍溫度。這就是 MAX6675 進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償和測(cè)量溫度的原理 如圖 23所示 。 圖 24 溫度控制 系統(tǒng)電路 鍵盤模塊 在本次設(shè)