基于單片機的電阻爐爐溫控制系統(tǒng)硬件設(shè)計-預(yù)覽頁
【正文】 13 報警電路 13 4 抗干擾措施 PWM control 基于單片機的電阻爐爐溫控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 目 錄 1 引言 該系統(tǒng)采用了新型 元 件，功能強、精度高、硬件電路簡單，且工作穩(wěn)定可靠，可實現(xiàn)控制的精度要求。本文以 AT89C51 單片機為控制核心，進(jìn)行了電阻爐爐溫控制系統(tǒng)的總體設(shè)計，并重點完成了溫度檢測電路、鍵盤顯示電路、報警電路、時鐘電路、以及溫度控制電路的設(shè)計任務(wù)。 automatic control。工業(yè)上用的電阻爐一 般由電熱元件、砌體、金屬殼體、爐門、爐用機械和電氣控制系統(tǒng)等組成。在高溫和中溫爐內(nèi)主要以輻射方式加熱。 電熱元件具有很高的耐熱性和高溫強度，很低的電阻溫度系數(shù)和良好的化學(xué)穩(wěn)定性。電熱元件的分布和線路接法，依爐子功率大小和爐溫要求而定。國外在爐溫自動控制技術(shù)和設(shè)備的研究上發(fā)展迅速，美國微型電子計算機普及和單片機的應(yīng)用使自動化系統(tǒng)發(fā)生了根本的變化，因而達(dá)到了較高的自動化程度。據(jù)有關(guān)國際組織發(fā)表的資料顯示：中國的單位國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值所消耗的電是美國的 4 倍左右。在對目前幾種傳統(tǒng)電加熱方式做比較后我們發(fā)現(xiàn)，它們各有優(yōu)缺點： 基于單片機的電阻爐爐溫控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 2 （ 1）電磁繼電器控制，即操作人員通過電磁繼電器來控制加熱爐電源開關(guān)的閉合來控制加熱爐的加熱過程。這種方式的優(yōu)點是系統(tǒng)可靠性高。而基于精確數(shù)學(xué)模型的常規(guī)控制難以滿足加熱工藝曲線的要求。本文采用的基于單片機的自動化控制加熱系統(tǒng)是將自動控制與電加熱系統(tǒng)有機地結(jié)合起來，使加熱系統(tǒng)在無人干預(yù)的情況下通過控制器按規(guī)定的程序或指令實現(xiàn)對電加熱爐的自動控制。它的存在，提高了電器的品質(zhì)，增加了智能溫度測量與控制電器的功能；并在智能溫度測量與控制電器中執(zhí)行模擬人類智能的進(jìn)程。 本文是基于先進(jìn)的單片機控制技術(shù)，在低耗能下可實現(xiàn)對爐溫的精確控制。 2℃ ； (3)實時顯示被測溫度； (4)故障報警。同時，由測溫傳感器測量出電阻爐的溫度，經(jīng)溫度檢測變換后，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量反饋給計算機，形成前向通道，并使系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)。 （ 2）片內(nèi) 256 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器 RAM/SFR，用以存放可以讀 /寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等。 （ 6）具有 5 個中斷源、兩個中斷優(yōu)先級的中斷控制系統(tǒng)。 以上各個部分通過片內(nèi)八位數(shù)據(jù)總線相連接。 （ 3） RST（ 9 腳）：復(fù)位輸入，當(dāng)振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。 （ 5） P3 口（ 10～ 17腳）： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O多功能口。用作第二功能時如表 1 所示。在閑置模式下， CPU 停止工作。 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。溫度數(shù)據(jù)通過 SPI 端口輸出給單片機，其冷端補償?shù)姆秶?0℃ —— 80℃，測量范圍是 0—— ℃。在每一個脈沖信號的下降沿輸出一個數(shù)據(jù)， 16個脈沖信號完成一串完整的數(shù)據(jù)輸出，先輸出高電位 D15，最后輸出的是低電位 D0， D14D3為相應(yīng)的溫度轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 MC14495 是 BCD— 7段十六進(jìn)制鎖存譯碼驅(qū)動芯片。 基于單片機的電阻爐爐溫控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 8 圖 3 LED顯示電路圖 基于單片機的電阻爐爐溫控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 9 圖 3中給出了四位共陰性數(shù)碼管的靜態(tài)顯示應(yīng)用電路。 LED 顯示器工作于靜態(tài)工作方式時，各位的共陰極接地；若為共陽極，公共端則接+5V 電源。 本系統(tǒng)采用 4 4 的十六位非編碼鍵盤，其中 09 為數(shù)字鍵， A（設(shè)置）、 B（爐溫顯示或爐溫設(shè)定）、 C（停止）、 D（運行）為功能鍵， E、 F 鍵未用。否則，轉(zhuǎn)為數(shù) 字鍵處理程序。鍵盤的列線與 P1口低四位相接。初始化時，使鍵盤行輸入口全部為 0，當(dāng)有鍵按下時， INT1 端為低電平，向 CPU發(fā)出中斷請求，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，執(zhí)行掃描 式鍵盤輸入子程序?？販夭捎每煽毓桦娐?，它的任務(wù)是通過調(diào)壓來實現(xiàn)交流調(diào)功。 固態(tài)繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 交流固態(tài)繼電器為四端元件，兩個輸出端，兩個輸入端。此時 SCR 的工作還取決于 T2基于單片機的電阻爐爐溫控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 11 的狀態(tài)， T2 在這里是負(fù)載電源的零點檢測，負(fù)載電壓通過電橋加在 R4 和 R5 上，只要R R4 的分壓超過 T2 的 BE 級的壓降， T2 將飽和導(dǎo)通，則 SCR 的控制級被箝位為低電平， SCR 不導(dǎo)通 ?？刂圃砣鐖D 7 所示，在控制脈沖的高電平期間，固態(tài)繼電器接通電阻爐電源， 電阻爐加熱；在控制脈沖的低電平期問，固態(tài)繼電器斷開電阻爐電源。最為簡單且常用的是三線制接法，即地、接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)三腳相連，本文只涉及到最為基本的接法，且直接用 RS232 相連。 圖 8 PC上位機串行通信 電路 圖 基于單片機的電阻爐爐溫控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 13 輔助電路 手動復(fù)位電路 為確保微機系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。 [10] 復(fù)位電路工作原理如圖 9所示， VCC 上電時， C充電，在 1K 電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復(fù)位；幾個毫秒后， C 充滿， 1K 電阻上電流降為 0，電壓也為 0，使得單片機進(jìn)入工作狀態(tài)。 圖 9 復(fù)位電 路圖 報警電路 為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性及安全性，我們必須要對電阻爐的溫度有一個上下限溫度的設(shè)定。影響單片機測控系統(tǒng)正常工作的 信號稱為噪聲，又稱干擾。 (2)供電系統(tǒng)干擾 大功率設(shè)備，大感性負(fù)載設(shè)備的啟停會使得電網(wǎng)電壓大幅度漲落（浪涌），電網(wǎng)電壓的欠壓 或過壓常常達(dá)到額定電壓的 15% 以上。輸入輸出的信號線多至幾百條甚至幾千條，長度往往達(dá)幾百或幾千米，不可避免地將干擾引入單片機系統(tǒng)。有時這種通過感應(yīng)產(chǎn)生的干擾電壓會達(dá)到幾十伏以上，使單片機系統(tǒng)無法工作。 基于單片機的電阻爐爐溫控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 15 解決空間干擾 的措施 空間干擾主要指電磁場在線路、導(dǎo)線、殼體上的輻射、吸收和解調(diào)。 [12] 供電系統(tǒng)抗干擾措施 在此系統(tǒng)中為提高供電系統(tǒng)質(zhì)量 ,防止竄入干擾建議采用如圖 11 所示形式和如下 8點措施。 （ 2）要求高的系統(tǒng)加交流穩(wěn)壓器。例如主機電源先用 7809 穩(wěn)到 9V，再用 7805 穩(wěn)到 5V。 （ 7）電源線與信號線一般都通過地板下面 走線，而且不可把兩線靠得太近或互相平行，以減少電源信號線的影響。 配置去耦電容提高系統(tǒng)穩(wěn)定性 印制 板上裝有多個集成電路，而當(dāng)其中有些元件耗電很多時，地線上會出現(xiàn)很大的電位差。并接的電容應(yīng)為一個大容量的電解電容（ 10～ 100μ F）和一個 ～ F 的非電解電容。 如遇到印刷電路板空隙小裝不下時，可每 4～ 10 個芯片安置一個 1～ 10μ F 的限噪聲用的鉭電容器。且 固態(tài)繼電器沒有輸入 “ 線圈 ” ，沒有觸點燃弧和回 跳，因而減少了電磁干擾。硬件電路由單片機接口電路，溫度檢測電路， LED 顯示電路，鍵盤輸入電路， PWM 控制電路，以及報警復(fù)位 等輔助電路構(gòu)成。在綜合了各方面因素后，該系統(tǒng)決定以 AT89C51 單片機為核心來設(shè)計出一套精度高、重復(fù)性好、自動化程度高，可以大大提高產(chǎn)品質(zhì)量和減輕工人的勞動負(fù)擔(dān)的電阻爐爐溫自動控制系
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