【正文】 .......................................1 1. 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) ...................................................3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 .................................................3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 .................................................3 系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ...........................................3 系統(tǒng)的總統(tǒng)方案設(shè)計(jì) .............................................4 硬件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ...........................................4 2．電加熱爐溫度單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ....................................6 系統(tǒng)概述 ........................................................6 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) ..................................................6 系統(tǒng)的基本工作原理 ..............................................6 系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo) ..................................................7 3．溫度控制硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) ..............................................8 ...........................................8 芯片功能介紹 ....................................................8 分模塊詳述系統(tǒng)各部分的實(shí)現(xiàn)方法 .................................20 溫度采集電路 ...............................................20 控制芯片 ...................................................22 加熱器控制電路 .............................................27 抗干擾電路 (看門狗電路 ) ....................................28 A/D 轉(zhuǎn)換器 .................................................29 溫度檢 測(cè)和變送器 ...........................................34 固態(tài)繼電器控溫電路 .........................................35 4．系統(tǒng)軟件與模型 ...................................................39 數(shù)學(xué)模型建立 ...................................................39 控制系統(tǒng)的算法設(shè)計(jì) .............................................39 編程模型及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) .............................................40 軟件設(shè)計(jì) .......................................................41 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 目錄 IV 5．系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù) .................................................... 42 硬件調(diào)試 .......................................................42 軟件調(diào)試 .......................................................42 結(jié)論 ................................................................43 致謝 ................................................................44 參考文 獻(xiàn) ............................................................45 附錄 1 源程序 .......................................................46 附錄 2 硬件電路總圖 .................................................59 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 緒論 1 緒論 單片微型計(jì)算機(jī) 在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，在很多的電子產(chǎn)品中 扮演著各式各樣的 控制 角色 。 本文主要介紹單片機(jī)在溫度控制中的應(yīng)用， 該控制系統(tǒng)具有硬件成本低、控溫精度較高、可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。 傳統(tǒng)的以普通雙向晶閘管 (SCR) 控制的高溫電加熱爐采用觸發(fā)電路改變晶閘管導(dǎo)通角的大小來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率 , 達(dá)到自動(dòng)控制電爐 溫度的目的。在其控制系統(tǒng)中，溫度控制是其中的關(guān)鍵東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 緒論 2 部分，目前國(guó)內(nèi)電加熱爐普遍采用 PID 模擬控制算法，而這種算法一般溫差大，很難保證溫度控制在≤177。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 一般系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則包含安全性（穩(wěn)定抗干擾性），操作的便利性（人性化），實(shí)時(shí)性，通用性和經(jīng)濟(jì)性。 （ 2）系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)幾配置，主要軟件的功能、結(jié)構(gòu)幾框圖。本文采用過(guò)零觸發(fā)的光耦可控制硅來(lái)實(shí)際對(duì)加熱爐東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 5 的調(diào)溫 。在進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)前，應(yīng)該首先考慮對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行深入的調(diào)查和分析，并熟悉工 藝流程，根據(jù)生產(chǎn)中提出來(lái)的問(wèn)題，確定系統(tǒng)所需要完成的任務(wù)。 本系統(tǒng)的功能主要有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、輸出控制。C ，可以實(shí)現(xiàn)采集信號(hào)的放大及 A/D轉(zhuǎn)換，并自動(dòng)進(jìn)行零漂校正，同時(shí)按設(shè)定值、所測(cè)溫度值、溫度變化速率，自動(dòng)進(jìn)行 PID 參數(shù)自整定和運(yùn)算，并輸出 0～ 10mA 控制電流，配以 主回路實(shí)現(xiàn)溫度的控制。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)入印制板制作、器件焊接及軟件編程階段。在 FLASH編程時(shí)， P0口作為原碼輸入口，當(dāng) FLASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí) P0外部電位必須被拉高。 P2口在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào) 。在 FLASH編程期間，此引腳用于輸 入編程脈沖。 — PSEN ：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。 AT89C52復(fù)位引腳 RST/VP通過(guò)片內(nèi)一個(gè)施密特觸發(fā)器 (抑制噪聲作用 )與片內(nèi)復(fù)位電路相連，施密特觸發(fā)器的輸出在每一個(gè)機(jī)器周期由復(fù)位電路采樣一次。前者將復(fù)位端通過(guò)電阻與 Vcc相接；后者利用 RC微分電路產(chǎn)生正脈沖來(lái)達(dá)到復(fù)位目的。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)采用 8279管理鍵盤和顯示器，軟件編程極為簡(jiǎn)單，顯示穩(wěn)定，且減少了主機(jī)的負(fù)擔(dān)。 回送 緩沖器、鍵盤消抖及控制完成對(duì)鍵盤的自動(dòng)掃描以搜索閉合鍵，鎖存 RL7～RL0 的鍵輸入信息，消除鍵的抖動(dòng)，將鍵輸入數(shù)據(jù)寫入內(nèi)部先進(jìn)先出存儲(chǔ)器（ FIFO RAM）。在外部譯碼掃描方式時(shí)，可對(duì) 8179。 DB7～ DB0 為雙向外部數(shù)據(jù)總線 ； IRQ 為中斷請(qǐng)求輸出線。 CLK 為外部時(shí)鐘輸入線。 圖 35 鍵顯流程圖 開(kāi)始 清楚命令 8279 讀 8279狀態(tài)字 DU=1？ 方式命令 8279 顯示緩沖器地址 R1 長(zhǎng)度 R2 取顯示緩沖器地址 8279顯示 R1+1 R2 DU=1？ 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 溫度控制硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 初始化程序如下： INIT: MOV DPTR， 7FFFH ；置 8279 命令 /狀態(tài)口地址 MOV A， 0D1H ；置清顯示命令字 MOVX DPTR， A ；送清顯示命令 WEIT: MOVX A， DPTR ；讀狀態(tài) JB ， WEIT ；等 待清顯示 RAM 結(jié)束 MOV A， 34H ；置分頻系數(shù)，晶振 12MHz MOVX DPTR， A ；送分頻系數(shù) MOV A， 00H ；置鍵盤 /顯示命令 MOVX DPTR， A ；送鍵盤 /顯示命令 MOV IE， 84H ；允許 8279 中斷 RET （ 3） 固態(tài)繼電器 (OMRON G3NAD210B) 產(chǎn)品特點(diǎn) ： ○ 1 輸入與輸出回路之間光隔離。 ○ 2 特別為安裝在儀器或設(shè)備的垂直面板上而設(shè)計(jì)。 ○10在線 /離線狀態(tài)指示。檢驗(yàn)方式可以通過(guò)機(jī)內(nèi) DIP開(kāi)關(guān)的 K5 和 K6 來(lái)選定。 接打印機(jī)的忙標(biāo)志 CTS, 。偶校驗(yàn) MOV SBUF, A JNB TI, $ 。 S 型熱電偶的缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，電極絲直徑很細(xì)（ ～ ），機(jī)械強(qiáng)度較低；與其它熱電偶相比，它的熱電勢(shì)比較小，熱電動(dòng)勢(shì)率平均為 9μ V/℃，因此需配用靈敏度高的顯示儀表；該種熱電偶不適合于在還原性氣氛或含金屬蒸氣的條件下使用，尤其應(yīng)避免接觸有機(jī)物、鐵、硅、 H2 及 CO 等等。 主要技術(shù)指標(biāo) 輸入信號(hào)：各種類型的熱電偶和熱電阻 輸入阻抗：電流： 250歐，電壓﹥ 300千歐；毫伏﹥ 1兆歐 輸出信號(hào)： 1～ 5V DC； 4～ 20mA DC 輸出信號(hào)：負(fù)載電阻： 0～ 500Ω 工作條件： 環(huán)境溫度： 0～ 60℃ 相對(duì)濕度： 1O～ 75% 供電電源： 24V177。 此外在兩引腳之間加入兩個(gè) 20pF 的小電容是為了使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免雜音干東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 溫度控制硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 擾而關(guān)機(jī)。圖中將 7 個(gè) LED 的陰極連在一起，稱之為共陰極 接法。顯然，靜態(tài)顯示需占用較多的 I/O 口線。流過(guò) LED 的電流大時(shí)， LED 發(fā)光亮度高；流過(guò) LED 的電流小時(shí)， LED 發(fā)光亮度就低，為了使 LED 能 夠長(zhǎng)期可靠地工作應(yīng)使流過(guò) LED 的電流為其額定電流。因此采用分立元件的顯示驅(qū)動(dòng)電路也很簡(jiǎn)單。 ① 編碼鍵盤本身除了按鍵之外，還包括產(chǎn)生鍵碼的硬件電路。圖中每個(gè)按鍵占用一個(gè)口，彼此獨(dú)立，互不影響。但使用非編碼鍵盤需要通過(guò)軟件來(lái)解決按鍵的識(shí)別、防抖動(dòng)以及如何產(chǎn)生鍵碼的問(wèn)題。 (5)鍵盤電路的設(shè)計(jì) 這里設(shè)計(jì)鍵盤的功能是清零，啟動(dòng)和單片機(jī)復(fù)位鍵，所以手持端只需三個(gè)鍵測(cè)溫端只需一個(gè)鍵即可完成。 驅(qū)動(dòng)電路可采用分立元件電路，也可采用集成驅(qū)動(dòng)電路，此外有些硬件譯碼電路本身包括驅(qū)動(dòng)電路。因而這里選用動(dòng)態(tài)顯示的方法。 其一，每一位都用各自的 8位輸出口控制，在顯示某字符時(shí)，相應(yīng)的段恒定發(fā)光或不發(fā)光。 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 溫度控制硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 圖 316 掉電保 護(hù)電路 ③ 手工復(fù)位電路：如附頁(yè)電路原理圖所示，電阻 R15， R14，電容器 C6，開(kāi)關(guān)S1組成的復(fù)位電路，其輸出端與 AT89C52 的 RST 端相連。若是采用 12MHz 的晶體振蕩器， 則每個(gè)周期恰好為 1us，如此對(duì)于編程而言相對(duì)容易些。本