【正文】 在此，我要向王老師表達(dá)我最誠(chéng)摯的謝意和深深的敬佩。軟件設(shè)計(jì)是通過(guò)對(duì)AT89C2051單片機(jī)變成來(lái)進(jìn)行總的控制。（3）模擬濾波器通常是每個(gè)通道都有，而數(shù)字濾波器則可以多個(gè)通道共用，從而降低了成本。以下是對(duì)數(shù)據(jù)處理的說(shuō)明：（1）算式中的各個(gè)項(xiàng)均有正有負(fù)，最高位為符號(hào)位，最高位的0表示正數(shù)1表示負(fù)數(shù)，正數(shù)與負(fù)數(shù)均用補(bǔ)碼表示，最后結(jié)果以源碼輸出。同樣,由于爐溫變化滯后于輸出,它將繼續(xù)下降,從而造成溫度的上下波動(dòng),即所謂的振蕩。為避免過(guò)沖,從室溫到額定溫度為自由升溫段,在177。系統(tǒng)電源工作原理為：220V交流電經(jīng)過(guò)變壓器變?yōu)?4V交流電，之后通過(guò)二極管整流橋變?yōu)?4V直流電，經(jīng)過(guò)電容濾波后分別送入三端固定正電壓穩(wěn)壓器LM7805和LM7815，最后從LM7805和LM7815輸出+5V和+15V直流電，即得到系統(tǒng)所需電源。輸出端限流電阻的作用為限制流過(guò)MOC3061輸出端的電流不要超過(guò)1A。 MOC3061采用雙列直插6引腳封裝形式，器件有輸入輸出兩部分組成，2腳為輸入端，輸入級(jí)是一個(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二極管，該二極管在5～15mA正向電流作用下，發(fā)出足夠的紅外光，觸發(fā)輸出部分。本次設(shè)計(jì)的四個(gè)按鍵分別為加，減，后退，確定，按下“加”減則依次顯示0～9九個(gè)數(shù)字、小數(shù)點(diǎn)和滅燈，而“減”鍵則正好相反，“后退”鍵用于撤銷錯(cuò)誤輸入，“確定”鍵是當(dāng)輸入完畢后，按下“確定”鍵，開始執(zhí)行程序。定式掃描工作方式：?jiǎn)纹瑱C(jī)對(duì)鍵盤采用定時(shí)掃描方式，即每隔一段時(shí)間對(duì)鍵盤掃描一次。顯示電路的工作過(guò)程如下：AT89C2051的串行口設(shè)定在方式0移位寄存器狀態(tài)下，(RXD)接受，(TXD)送出。共陰極LED發(fā)光二極管為共陰極接低電平其系統(tǒng)工作，相反共陽(yáng)極LED發(fā)光二極管為共陽(yáng)極接高電平其系統(tǒng)開始工作。若將ADOP07放大器的增益調(diào)整為412倍，則當(dāng)0℃時(shí)，K型熱電偶的輸出為0mV，當(dāng)999℃時(shí)，K型熱電偶的輸出為10V。由于LM331的V/F轉(zhuǎn)換關(guān)系成線性，所以我們可以根據(jù)采集到的頻率數(shù)據(jù)知道模擬信號(hào)的大小，從而實(shí)現(xiàn)了模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。電阻R1和R2為10 KΩ，電容C為22μF。LED靜態(tài)掃描方式的接口編程容易，但缺點(diǎn)是占用較多的口線。（2）工作電壓低，約為2V。雙向可控硅串聯(lián)在50Hz交流電源和加熱絲電路中，只需在給定周期里改變可控硅開關(guān)的接通時(shí)間，就能改變電阻爐的加熱功率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)溫度的控制。所以必須將行、列線信號(hào)配合起來(lái)并作適當(dāng)?shù)奶幚?，才能正確的確定閉合鍵的位置。其特點(diǎn)如下：（1）存儲(chǔ)容量為128字節(jié)；（2）串行接口使用普通兩根I/O接口；（3）具有頁(yè)寫入模式，每頁(yè)4字節(jié)；（4）同步周期小于10ms。（2）寫方式：2864A提供了字節(jié)寫入和頁(yè)寫入兩種方式。熱電偶溫度傳感器工作原理是建立在導(dǎo)體的熱效應(yīng)上。其特點(diǎn)是電阻溫度系數(shù)的范圍甚廣，材料加工容易、性能好，阻值在1Ω～100Ω之間可供自由選擇，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)。24V；（3）接口特性：數(shù)據(jù)和信號(hào)接口電平與SPITM/QSPITM/MICROWIRETM兼容，；（4）采樣速率：115ksps；（5）基準(zhǔn)電壓：可采用內(nèi)部基準(zhǔn)，也可采用外部基準(zhǔn)，～。MAX1032是Maxim公司最新推出的一種多通道、多量程、低功耗、分辨率為14位的串行輸出模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 論文研究的主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心控制溫度的控制系統(tǒng)，采用K型熱電偶傳感器作為溫度傳感器,在溫度相應(yīng)變化時(shí)與設(shè)定值相比較，然后矯正，得到我們希望的值。雖然我國(guó)也在不斷進(jìn)行電阻爐控制系統(tǒng)的研究，但與國(guó)外相比還是比較落后。如電力工業(yè)的鍋爐、冶金工業(yè)的電阻加熱爐、化學(xué)工業(yè)的反應(yīng)爐等設(shè)備，通過(guò)對(duì)溫度的控制與調(diào)節(jié)，才能確保產(chǎn)品的質(zhì)量及產(chǎn)量；而在日常生活中，電熱水器、微波爐、空調(diào)等常用電器也同樣需要對(duì)溫度進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)。PROM 24C01來(lái)存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)和調(diào)控參數(shù)，這樣就確保斷電后數(shù)據(jù)仍能被保存。檢測(cè)信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器放大后進(jìn)入多路開關(guān)，多路開關(guān)輪流檢測(cè)3個(gè)通道的溫度信號(hào)后輪流輸出給A/D轉(zhuǎn)換器，最后將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率信號(hào)傳輸給單片機(jī)進(jìn)行處理。由此可見(jiàn)，溫度控制在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，所以對(duì)溫度控制進(jìn)行研究是非常有意義的。系統(tǒng)的控制精度靠試驗(yàn)者來(lái)調(diào)節(jié)，系統(tǒng)設(shè)置隨著環(huán)境的變化而變化，同時(shí)儀表控制參數(shù)需要由人工選擇，這樣就會(huì)導(dǎo)致費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、且不準(zhǔn)確。這次設(shè)計(jì)主要做的是硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件的編程，用計(jì)算機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行控制，同時(shí)采用PID算法使系統(tǒng)獲得較好的性能指標(biāo)。 系統(tǒng)方案論證整個(gè)電阻爐溫度控制系統(tǒng)由單片機(jī)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(duì)象組成。該器件具有轉(zhuǎn)換效率高、功耗低、接口方便等優(yōu)點(diǎn)，特別適合在航空電子、數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制、多媒體、機(jī)器人等領(lǐng)域應(yīng)用。 V/F轉(zhuǎn)換器能夠把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理再把頻率信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，由此完成了A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換。但由于半導(dǎo)體熱敏電阻的溫度特性曲線很不一致，互換性差，在連續(xù)測(cè)量中的應(yīng)用受到了極大的限制，與本次設(shè)計(jì)要求不符，故不予采用。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(diǎn)溫度不同，則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說(shuō)回路中有電動(dòng)勢(shì)存在，這種現(xiàn)象叫熱電效應(yīng)。（3）數(shù)據(jù)查詢方式：數(shù)據(jù)查詢方式是指用軟件來(lái)檢測(cè)寫操作中的頁(yè)存儲(chǔ)周期是否完成。綜上所述，雖然24C01的編程較2864A復(fù)雜，但本次設(shè)計(jì)使用的是89C2051單片機(jī)，其只有20個(gè)引腳，而24C01占用的口線非常少，所以本次設(shè)計(jì)選用24C01作為擴(kuò)展存儲(chǔ)器。獨(dú)立式按鍵顧名思義就是各個(gè)按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)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)。為達(dá)到零觸發(fā)的目的，需要交流電過(guò)零檢測(cè)電路，此電路輸出對(duì)應(yīng)50Hz交流電壓過(guò)零時(shí)刻的脈沖，作為雙向觸發(fā)可控硅的同步脈沖，這樣就能實(shí)現(xiàn)可控硅在交流電壓過(guò)零時(shí)刻出發(fā)導(dǎo)通。（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(zhǎng)。如果使用鎖存器接口，則有幾位LED顯示器就需要幾個(gè)鎖存器。圖32 復(fù)位電路時(shí)鐘電路XTAL1和XTAL2為內(nèi)部放大器的輸入端和輸出端，這個(gè)放大器可以配置一個(gè)內(nèi)部振蕩器，如圖33所示：圖33 時(shí)鐘電路選用12MH的晶振作為8031的時(shí)鐘電路，電容C1=C2=30pF177。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。再經(jīng)過(guò)兩個(gè)串聯(lián)的電阻分壓，則得到0～5V的電壓信號(hào)，這樣就滿足了V/F轉(zhuǎn)換器的電壓輸入條件。本次設(shè)計(jì)使用的是LG5011 LED發(fā)光二極管。在移位時(shí)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。這種掃描方式利用AT89C2051產(chǎn)生10ms的定時(shí)中斷，CPU響應(yīng)定時(shí)器溢出中斷請(qǐng)求并對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，當(dāng)按下按鍵時(shí)識(shí)別出該按鍵，并執(zhí)行相應(yīng)鍵的程序。 輸出控制電路的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用光耦合雙向可控硅進(jìn)行電阻爐的功率調(diào)控。5腳為空腳。R1的計(jì)算公式如下： （式35）輸出限流電阻取330Ω。圖311 電源電路第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 溫度檢測(cè)流程圖圖41 溫度檢測(cè)流程圖 軟件的主程序流程圖圖42 主程序流程圖 輸入輸出程序流程圖圖43 輸入輸出程序流程圖 調(diào)功程序流程圖圖44 調(diào)功程序流程圖 溫度顯示流程圖圖45 溫度顯示流程圖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(duì)象的特性，并用以作為設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的依據(jù)。20%額定溫度時(shí)為保溫段。考慮到滯后的影響,調(diào)節(jié)規(guī)律必須加入微分因數(shù),即PD調(diào)節(jié)。（2）把所有的數(shù)據(jù)都變?yōu)槎c(diǎn)純小數(shù)進(jìn)行處理。（4）可以對(duì)頻率很低的信號(hào)進(jìn)行濾波。最后通過(guò)PID算法來(lái)進(jìn)行溫度的控制。此外我還要感謝論文的評(píng)審老師，謝謝你們能在百忙之中抽出時(shí)間評(píng)閱我的論文，并提出很多寶貴的意見(jiàn)。畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，不僅使我學(xué)到了專業(yè)方面的相關(guān)知識(shí)，更重要的是還使我學(xué)到了一種思維方式，一種學(xué)習(xí)方法，一種工作精神。硬件設(shè)計(jì)中用到了K型熱電偶傳感器、V/F轉(zhuǎn)換器、LED顯示器、光耦合雙向可控硅等。（2）由于數(shù)字濾波器不需要增加硬件設(shè)備，所以系統(tǒng)可靠性高，不存在阻抗匹配問(wèn)題。改變，觀察控制效果，直到滿意為止。爐溫上升到一定程度后,才開始下降,并下降到小于給定值時(shí)系統(tǒng)才重新輸出。而真正需要電氣控制的是前面兩個(gè)階段,即自由升溫段和保溫段。直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)包括整流器、濾波器、直流穩(wěn)壓器等幾部分，常用的直流穩(wěn)壓電路如圖311所示。將、帶入公式33，則輸入限流電阻值為： （式34）所以輸入限流電阻為300Ω。其優(yōu)點(diǎn)為輸出為正弦波，波形無(wú)畸變、電磁干擾小、無(wú)噪聲，而且觸發(fā)電路簡(jiǎn)單可靠。在松開按鍵后，將F1和F2置0，為下次做好準(zhǔn)備。T1的定時(shí)時(shí)間計(jì)算公式為T=12/主頻。圖37 顯示電路其中74LS164的引腳Q0～Q7為8位并行輸出端，分別與LED的8個(gè)引腳相連；引腳A、B為串行輸入端；引腳CLK為時(shí)鐘脈沖輸入端，在CLK脈沖的上升沿作用下實(shí)現(xiàn)移位，在CLK=0、清除端=1時(shí)74LS164保持原來(lái)數(shù)據(jù)狀態(tài)；=0時(shí)，74LS164輸出清零。 顯示電路的設(shè)計(jì)LED發(fā)光二極管通常分為7段位和八段位（相差一個(gè)小數(shù)點(diǎn)），同時(shí)又被分成共陰極和共陽(yáng)極。表31為K性熱電偶產(chǎn)生的對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)冷端的溫差電勢(shì)，由圖可知，當(dāng)0℃時(shí)，K型熱電偶的輸出為0mV，當(dāng)999℃時(shí)。LM331把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)后，將脈沖信號(hào)送到單片機(jī)的計(jì)數(shù)/定時(shí)端口，由單片機(jī)對(duì)頻率信號(hào)進(jìn)行接收、處理和儲(chǔ)存。單片機(jī)檢測(cè)到復(fù)位信號(hào)后在第二個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行一系列片內(nèi)復(fù)位操作，并且在RST變低前的每一個(gè)周期內(nèi)重復(fù)執(zhí)行。因此，靜態(tài)顯示器的輸出亮度較高。其優(yōu)點(diǎn)為：（1）主動(dòng)發(fā)光，一般產(chǎn)品亮度大于1cd/,高的可達(dá)10cd/。通過(guò)控制雙向?qū)煽毓璧膶?dǎo)通百分比來(lái)控制電阻絲兩端的電壓，來(lái)達(dá)到連續(xù)控制電阻爐溫度的目的，這樣就確保了控制精度。由于矩陣鍵盤中行、列線為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在行和列的電平。24C01的封裝形式為雙列直插式8DIP封裝，標(biāo)準(zhǔn)工作電壓為+5V，～，工作環(huán)境為55℃～+125℃之間。8064A的4種工作方式為：（1）讀方式：當(dāng)和均為低電平且為高電平時(shí)，內(nèi)部數(shù)據(jù)緩沖器被打開，數(shù)據(jù)被送上總線，此時(shí)可以進(jìn)行讀操作。它除具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量溫度寬、準(zhǔn)確度高、熱慣性小、輸出信號(hào)為電信號(hào)便于遠(yuǎn)傳或信號(hào)轉(zhuǎn)換等優(yōu)點(diǎn)外，還能用于測(cè)量流體、固體及固體壁面“點(diǎn)”的溫度。 溫度檢測(cè)的選擇論證半導(dǎo)體熱敏電阻的靈敏度特別高，廣泛應(yīng)用在一些對(duì)精度要求很高的控制和測(cè)量系統(tǒng)中。12V及177。ADS8412的主要工作性能如下：（1）2MHz采樣頻率；（2）高溫下16位無(wú)失真輸出特性；（3）零等待時(shí)間；（4）內(nèi)置基準(zhǔn)源，；（5）高速并行接口；（6）輸入端ESD保護(hù)電壓達(dá)1000V。這不但對(duì)用戶有著很大的意義，而且對(duì)整個(gè)社會(huì)都有著重大的意義。電阻爐是熱處理中使用最廣的加熱設(shè)備，這樣溫度的測(cè)量和控制就成為關(guān)鍵性技術(shù)，這樣便促使人們更加積極地研究熱加工的控制方法。同時(shí)有效且準(zhǔn)確地控制溫度是優(yōu)質(zhì)、低耗、高產(chǎn)和安全生產(chǎn)的重要條件。選擇了K型熱電偶作為金屬傳感器，其優(yōu)點(diǎn)是精度高成本低，并選擇串行E178?？刂品绞絼t為調(diào)功控制，通過(guò)使用光耦合雙向可控硅對(duì)雙向?qū)ňчl管的導(dǎo)通百分比進(jìn)行控制，進(jìn)而對(duì)電阻絲的功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。但由于溫度控制設(shè)備慣性大、滯后現(xiàn)象嚴(yán)重、難以建立精確的數(shù)學(xué)模型等自身特點(diǎn)，并且傳統(tǒng)的PID控制由于其參數(shù)恒定，不能及時(shí)跟蹤對(duì)象特性變化，造成控制系統(tǒng)性能不佳。因此，導(dǎo)致工作強(qiáng)度大、勞動(dòng)效率低、產(chǎn)品質(zhì)量低，這些都影響著企業(yè)的發(fā)展?？偣矊⑾到y(tǒng)分為四部分：A/D轉(zhuǎn)換、PID控制、外部中斷和單片機(jī)控制。系統(tǒng)工作時(shí)，由溫度傳感器檢測(cè)溫度后轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)集成運(yùn)算放大器放大至05V的電壓信號(hào)，再通過(guò)A\D模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)變成供單片機(jī)接受的數(shù)字信號(hào)，將此信號(hào)與溫度設(shè)定值相比較，計(jì)算溫度偏差e和溫度的變