【正文】 ..................................................................................................................36參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................................37附錄:原理圖 ..................................................................................................................................38致 謝 ..............................................................................................................................................39 湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計1第一章 緒論 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計的背景、發(fā)展歷史及意義 溫度控制系統(tǒng)已應(yīng)用到人們生活的各個方面，是與人們息息相關(guān)的一個實際問題。電阻爐是利用電流通過電阻體產(chǎn)生的熱量來加熱或熔化物料的一類電爐。電阻爐按爐溫不同可以分為低溫電阻爐(600～700℃以下) 、中溫電阻爐(700℃～1200℃ )、高溫電阻爐(1200 ℃以上 )。PID控制溫度的效果主要取決于P、I、D三個參數(shù)。湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計2第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計與論證 溫度控制系統(tǒng)的目的和功能溫度是一個非常重要的物理量，因為它直接影響燃燒、化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形、結(jié)晶以及空氣流動等物理和化學(xué)過程。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，很多時候都需要對溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行，產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證。這條道路就是芯片化道路。溫度控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)廣泛。LED燈即時顯示溫度。單片機(jī)將傳感器所采集到的溫度和事先設(shè)定的溫度進(jìn)行對比，當(dāng)小于設(shè)定值時將發(fā)出信號啟動加熱裝置；當(dāng)大于設(shè)定值時將關(guān)閉加熱裝置，從而使得被控溫度控制在一定的范圍之內(nèi)，達(dá)到實時控制的功能。AT89C52 是一種低功耗/ 低電壓、高性能的 8 位單片機(jī)。基于上述這些特點，這里選擇 AT89C52 單片機(jī)作為控制核心。單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展，一般是以基本最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)的。AT89C52單片機(jī)：AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，器件采用ATMEL 公司的高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。AT89C52 單片機(jī)的引腳說明VCC： 供 電 電 壓 ； GND： 接 地 。P1是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向I/0端口。P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/0端口。在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高8位地址。 作 為 輸 入 ， 由 于外 部 下 拉 為 低 電 平 ， P3 口 將 輸 出 電 流 （ ILL） 這 是 由 于 上 拉 的 緣 故 。ALE/PROG： 當(dāng) 訪 問 外 部 存 儲 器 時 ， 地 址 鎖 存 允 許 的 輸 出 電 平 用 于 鎖 存 地 址 的 地位 字 節(jié) 。 然 而 要 注 意 的 是 ： 每 當(dāng) 用 作 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 時 ， 將 跳 過 一 個ALE 脈 沖 。 如 果 微 處 理 器 在外 部 執(zhí) 行 狀 態(tài) ALE 禁 止 ， 置 位 無 效 。EA/VPP： 當(dāng) /EA 保 持 低 電 平 時 ， 則 在 此 期 間 外 部 程 序 存 儲 器 ， 不 管 是 否 有 內(nèi) 部 程序 存 儲 器 。XTAL2： 來 自 反 向 振 蕩 器 的 輸 出 。 如 采 用 外 部 時 鐘 源 驅(qū) 動 器 件 ， XTAL2 應(yīng)不 接 。單片機(jī)的復(fù)位是靠外部電路實現(xiàn)的，MCS51 單片機(jī)有一個復(fù)位引腳 RST，高電平有效。調(diào)整 RC 常數(shù)會令對驅(qū)動能力產(chǎn)生影響。系統(tǒng)的時鐘電路設(shè)計是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為 12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值為 30μF。因此，我們首先要選擇合適的測溫元件，對溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。由于冰融化比較快，因而一般只適合在實驗室中使用。若冷端溫度高于 0 ?C，則 EAB（t，t 0）E AB（t，0 ?C）。運(yùn)算放大器這一術(shù)語最早應(yīng)用于在模擬計算機(jī)中執(zhí)行默寫數(shù)學(xué)運(yùn)算的下限頻率為零赫茲的高增益放大器。因此，圖 38 所示的符號用來表示運(yùn)算放大器。傳感器所獲取的信息通常有物理量、化學(xué)量和生物量等，而經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后的信息多數(shù)為電量，如電阻、電容、電感、電壓、電流及頻率與相位的變化等，它是實現(xiàn)自動化檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的選擇受到很多因素的影響，首先是各種溫度傳感器自身的優(yōu)缺點，其次是各種不同的環(huán)境因素，還有就是系統(tǒng)所要求實現(xiàn)的精度等，所以在不同的設(shè)計當(dāng)中溫度傳感器的選擇也將不同。目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用產(chǎn)品中。它的主要特點是：測量精度高，性能穩(wěn)定。為消除引線電阻的影響，一般采用三線制或四線制。IC溫度傳感器在微型計算機(jī)控制系統(tǒng)中，通常用于室溫或環(huán)境溫度的檢測，以便微型計算機(jī)對溫度測量值進(jìn)行補(bǔ)償。而DS18B20是數(shù)字溫度傳感器，并且采用單總線技術(shù)，使該傳感器不但可以直接與單片機(jī)I/O 口相連，并且只需要一個I/O就可以連接多個溫度傳感器，實現(xiàn)多點溫度測量與控制。K型熱電偶的輸出是毫伏級電壓信號，最終要將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號與CPU 通信。 熱電偶溫度信號的線性化熱電偶溫度信號非線性是比較大的，如 B 型熱電偶，從 0176。B 偶的最大輸出熱電勢只有 ，而且當(dāng)溫度升高到約 1700176。從這一特性出發(fā)，熱電偶溫度信號的線性化主要有如下幾種方法。(2)折線近似法：這是一種對非線性較大的信號處理的較好的方法。該電路的工作過程是：當(dāng)輸入的電壓信號較低時，IC1 中的反相端電壓較同相端(A)低得多（同相端的電壓大小是根據(jù)線性化要求設(shè)定的，B 點同樣），IC1 的輸出端電壓較高，D1 截止。當(dāng)輸入電壓在 A 點電壓以下時，D2 截止，IC2 不工作；只有當(dāng)輸入電壓高于 A 點電壓或接近 B 點電壓時 IC2 才工作。 A/D 轉(zhuǎn)換電路 本設(shè)計中溫度檢測電路輸出信號為模擬量，要想將檢測數(shù)據(jù)送入單片機(jī)，必須將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，這里選用集成 A/D 轉(zhuǎn)換器——ADC0832。復(fù)雜的硬件或具有合適的軟件指令的簡單硬件都可能實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。出于各種實用的目的，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器可視為一個黑盒子，它能把在一定范圍取任意連續(xù)值的模擬電壓轉(zhuǎn)換成離散的二進(jìn)制代碼。 N 位的逐次逼近模/數(shù)轉(zhuǎn)換器涉及 N 次比較操作。如果輸入電壓大于參考信號的一半，那么最高位置為 1，否則置為 0。接著把參考電壓的八分之一(1/2 3)迭加到第二位轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制代碼所產(chǎn)生的電壓上，把迭加后 的電壓與輸入模擬電壓比較以確湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計16定第三位的二進(jìn)制值。由于它體積小，容性強(qiáng)，性價比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。C~+85176。CH1 模擬輸入通道1，或作為IN+/使用。湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計17CLK 時鐘信號。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V, Vref()=5V)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。ADC0832與單片機(jī)的連接如上圖312所示。在第 1個時鐘脈沖的下沉之前DI 端必須是高電平，表示啟始信號。 Ti比例增益 P 確定后，設(shè)定一個較大的積分時間常數(shù) Ti 的初值，然后逐漸減小 Ti，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，之后在反過來，逐漸加大 Ti，直至系統(tǒng)振蕩消失。若要設(shè)定，與確定 P 和 Ti 的方法相同，取不振蕩時的 30%。因此PID控制律的實現(xiàn)，必須用數(shù)值逼近法?？梢缘玫诫x散的 PID 表達(dá)式為： （32）0()()()[()1)]kpIDjukKeeKke?????湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計19式中，k 為采樣序號，k=1，2，3，……；u(k) 為第 k 次采樣時刻的計算機(jī)輸出值；e(k)為第 k 次采樣時刻輸入的偏差值；e(k1)為第(k1)次采樣時刻輸入的偏差值；K I 為積分系數(shù)；KD 為積分系數(shù)。通過按鍵輸入完成系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，而輸出顯示則完成數(shù)據(jù)的顯示和系統(tǒng)提示信息的輸出，在當(dāng)今的各種實時自動控制和智能化儀器儀表中，人機(jī)交互是不可缺少的一部分。按鍵能夠成為最普遍的輸入設(shè)備，主要是其具備了以下幾個優(yōu)點：工作原理、硬件電路連接簡單、操作實用性強(qiáng)、價格便宜，程序編寫簡單。獨(dú)立式按鍵就是按鍵相互獨(dú)立，每個按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每根 I/O口線的按鍵的工作狀態(tài)，不會影響其他I/O口線上的工作狀態(tài)。優(yōu)點：電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單。這就是抖動。按鍵控制電路分別接在單片機(jī) — 口。選擇 2 鍵進(jìn)行移位調(diào)整，第一次顯示個位，第二次顯示十位，第三次顯示百位，第四次顯示千位。選擇 2 鍵進(jìn)行移位調(diào)整，第一次顯示 KP ，第二次顯示 KI，第三次顯示 KD 。數(shù)碼管是現(xiàn)在電子設(shè)計中普遍使用的一種顯示設(shè)備，每個數(shù)碼管由七個發(fā)光二極管按照一定的排列結(jié)構(gòu)組成，根據(jù)七個發(fā)光二極管的正負(fù)極連接不同，又分為共陰極數(shù)碼管和共陽極數(shù)碼管兩種，選擇的數(shù)碼管不同，程序設(shè)計上也有一定的差別。外圍驅(qū)動電路設(shè)計比較簡單，顯示能力的擴(kuò)展將不會涉及到硬件電路的修改，可擴(kuò)展性很強(qiáng)。設(shè)計中采用 4 位共陰極LED 靜態(tài)顯示方式，選用 7 段顯示數(shù)碼管。湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計22圖314 LED顯示電路由于單片機(jī)不能直接驅(qū)動數(shù)碼管顯示，所以必須在單片機(jī)與 LED164 之間加上74LS164，它的管腳圖如圖 315 所示。一英寸以下的的 LED 數(shù)碼管內(nèi)，每一筆段含有一只 LED 發(fā)光二極管，導(dǎo)通壓降為 ；一英寸及以上的 LED 數(shù)碼管的每一筆段由多只 LED 發(fā)光二極管以串、并聯(lián)方式連接而成，筆段導(dǎo)通電壓與筆段內(nèi)包含的 LED 發(fā)光二極管的數(shù)目、連接方式有關(guān)。共陰極公共端接地，高電平有效（燈亮），共陰極數(shù)碼管內(nèi)部發(fā)光二極管的陰極(負(fù)極)都聯(lián)在一起，此數(shù)碼管陰極( 負(fù)極 )在外部只有一個引腳。計算機(jī)與外界的數(shù)據(jù)傳送大部分都是串行的，其傳送距離可以從幾米到幾千米。188。237。通斷控制調(diào)節(jié)方式會防止高次諧波的干擾和污染電網(wǎng)，硬件電路和軟件程序都比較簡單，因而本設(shè)計中采用的是通斷控制調(diào)節(jié)方式。因此電路的射頻干擾很小，可降低感性負(fù)載（如風(fēng)扇、三相電動機(jī)等）的反電動勢以及驅(qū)動阻性負(fù)載（如白熾燈、發(fā)熱絲等）時可顯著降低浪涌電流等優(yōu)點,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖319所示：圖 319 SSR40DA 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖固態(tài)繼電器控制電阻爐溫度電路圖如圖 320 所示：1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 19Jun2022 Sheet of File: F:\三三\三三三\0705112306 xdd 三三三\XDD三三三\ By:RVCC三三三~+SSR~~ 220v三三三圖320 固態(tài)繼電器控制電阻爐溫度電路圖湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計27第四章 軟件設(shè)計 設(shè)計思路本部分詳細(xì)介紹了基于AT89C52單片機(jī)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。本系統(tǒng)要完成溫度信號的采集與控制，需要實現(xiàn)溫度信號的采集與A/D 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)傳輸?shù)然竟δ堋?shù)據(jù)處理子程序，當(dāng)單片機(jī)收到溫度傳感器發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)處理子程序?qū)υ摂?shù)據(jù)進(jìn)行處理，主要是把采集到的二進(jìn)制的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。首先使 T0 計數(shù)器產(chǎn)生定時中斷，作為本系統(tǒng)的采樣周期。從 T1 中斷返回后，再從 T0 中斷返回主程序并且、繼續(xù)顯示本次采樣溫度，等待下次 T0中斷。按鍵的抖動時間的長短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為5~10ms，這是一個很重要的參數(shù)。硬件消抖主要是采用濾波電路消除干擾，需要消耗大量硬件，成本比較高，只適用于按鍵數(shù)目較少的情況。本系統(tǒng)采用軟件消抖，當(dāng)單片機(jī)第一次檢測到有鍵按下時，即檢測到與按鍵連接的I/O 口為低電平是，等待10ms，再去確認(rèn)該I/O 口是否仍舊為低電平，如果還是低電平，就一般的機(jī)械按鍵而言，已經(jīng)是出于湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計32穩(wěn)定期了，按鍵的抖動被消除了。使用按鍵輸入流程圖如圖45所示：返回 0 值延遲 1 0 m s取鍵值按鍵釋放 ？YN開始是否有鍵按下N返回 0 值是否有鍵按下N返回Y鍵處理Y圖 45 按盤輸入流程圖 PID 控 制 子 程 序根據(jù)爐溫對給定溫度的偏差，自動接通或斷開供給爐子的熱源能量，或連續(xù)改變熱源能量的大小，使?fàn)t溫穩(wěn)定在給定溫度范圍內(nèi)，以滿足熱處理工藝的需要。二位式調(diào)節(jié)——它只有開、關(guān)兩種狀態(tài)，當(dāng)爐溫低于限給定值時執(zhí)行器全開；當(dāng)爐溫高于給定值時執(zhí)行器全閉。即：M=k式中：K ——比例系數(shù)。微分調(diào)節(jié)是指調(diào)節(jié)器的輸出與偏差對時間的微分成比例，微分調(diào)節(jié)器在溫度有變化“苗頭”時就有調(diào)節(jié)信號輸出，變化速度越快、輸出信號越強(qiáng)，故能加快調(diào)節(jié)速度，降低溫度波動幅度，比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)和微分調(diào)節(jié)的組合稱為比例積分微分調(diào)節(jié)