【正文】 D 控制效果圖如圖所示 所示： 圖 PID 控制效果圖 5 結(jié)論 本畢業(yè)設(shè)計(jì)中，是以溫度顯示與控制為總目標(biāo)，以 AT89C51 單片機(jī)最小應(yīng)用第 33頁 共 36頁 系統(tǒng)為總控制中心，具體的設(shè)計(jì)包括溫度采樣電路、 A/D 轉(zhuǎn)換單元、信號放大、4 個(gè) LED 數(shù)碼管靜態(tài)串行顯示器、鍵盤單元、 D/A 轉(zhuǎn)換、繼電器控制電阻絲加熱等。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中我不僅鍛煉了自己的動(dòng)手能力，更重要的是學(xué)習(xí)了應(yīng)該怎樣做事做人。由于整個(gè)系統(tǒng)為純滯后環(huán)節(jié)，所以可以用大林算法來設(shè)計(jì)數(shù)字控制器。已達(dá)到為本系統(tǒng)提供對溫度的顯示和監(jiān)控的目的。調(diào)用延時(shí)程序 外部中斷開始 調(diào)用延時(shí)模塊 再次判斷是否有鍵按下？ 判斷哪個(gè)鍵按下 若鍵 1按下執(zhí)行顯示設(shè)置溫度 若鍵 2按下設(shè)定溫度增加 1℃ 若鍵 3按下設(shè)定溫度減少1℃ 顯示當(dāng)前設(shè)定溫度 返 回 第 30頁 共 36頁 MOV A,P2 。對端口的初始化即是對端口相應(yīng)位進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)延時(shí)時(shí)間大于 A/D 轉(zhuǎn)換的時(shí)間即完成 A/D 轉(zhuǎn)換。 EA =1，單片機(jī)訪問內(nèi)部程序存儲器，若地址超過內(nèi)部程序存儲器的范圍，單片機(jī)將自動(dòng)訪問外部程序存儲器。復(fù)位操作主要是第 26頁 共 36頁 把 PC 初始化為 0000H，使單片機(jī)從程序存儲器的 0000H 單元開始執(zhí)行程序。 CHMOS 型單片機(jī)由 XTAL1 進(jìn)入，外部振蕩信號接至 XTAL1，而 XTAL2 可不接地，如圖 所示： 圖 內(nèi)部時(shí)鐘電路 圖 型外部時(shí)鐘電路 圖 外部時(shí)鐘電路 復(fù)位電路和復(fù)位狀態(tài) 單片機(jī)的復(fù)位是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的。對電容值無嚴(yán)格要求，但它的取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及振蕩電路起振速度有少許影響。溫度驅(qū)動(dòng)裝置各點(diǎn)信號波形圖如圖 所示： D/A 輸出 TL494 輸出 電阻絲的 加熱電壓 圖 加熱電路圖 單片機(jī)接口電路 單片機(jī)的時(shí)鐘電路 單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路是一個(gè)高增益反相放大器，引線 XTAL1 和 XTAL2 分別是放大器的輸入端和輸出端。 本設(shè)計(jì)的溫度控制環(huán)節(jié)采用 DAC0832 轉(zhuǎn)換器， DAC0832 為 8位 D/A 轉(zhuǎn)換器。為 LED 顯示器提供電流的電路稱為 LED 的驅(qū)動(dòng)電路。顯示時(shí)，每一位字段碼分別從 I/O控制口輸出，保持不變直至 CPU 刷新顯示為止。共陽型是將各段發(fā)光二極管的正極連在一起，作為公共端 COM，公共端COM 接高電平， a～ g、 dp 各筆段通過限流電阻接控制端。 圖 信號放大電路 其增益計(jì)算公式為： RkA ??? 式 溫度值計(jì)算過程： 由于 A/D 檢測到的模擬電壓值 ARPR RRR RU T T ?????? 2)( 110 109 式 計(jì)算可到的 TR 值，然后利用如下公式求出溫度值： 21 1 BtAtRPRT ??? 式 其中 ???A ， ????B 。實(shí)體圖如 所示： 第 17頁 共 36頁 圖 pt100 溫度傳感器實(shí)體圖 主要技術(shù)參數(shù)如下： ① 測量范圍： 200℃～ +850℃； ② 允許偏差值 ? ℃： A 級 ? ? t?? ， B 級 ? ? t?? ； ③ 響應(yīng)時(shí)間＜ 30s； ④ 最小置入深度：熱電阻的最小置入深度≥ 200mm； ⑤ 允通電流≤ 5mA。 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 由圖 可以看出 A、 B、 C 都接地（都為 0），故信號輸入口選 IN0，其空間地址為 7FF8H。因 ADC0809 的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為 500KHZ。通道選擇表如表 ： 第 15頁 共 36頁 表 通道選擇 C B A 選擇的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 數(shù)字量輸出及控制線： 11 條 ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號。多路開關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8路模擬量分時(shí)輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 7． START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號輸入端。2 ℃ 顯然采用8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器完全可以達(dá)到要求的精度。這兩種方式是控制專用寄存器 PCON（即電源控制寄存器）中的 PD（ ）和 IDL（ ）位來實(shí)現(xiàn)的。如 EA 端為高電平（接 VCC 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8E 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。 在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器 (例如執(zhí)行 MOVX DPTR指令 )時(shí) ,P2口送出高 8位地址數(shù)據(jù) ,在訪問 8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器 (如執(zhí)行 MOVX RI 指令 )時(shí) ,P2 口線上的內(nèi)容 (也即特殊功能寄存器 (SFR)區(qū)中 R2 寄存器的內(nèi)容 ),在整個(gè)訪問期間不改變。不僅結(jié)合了 HMOS的高速和搞密度技術(shù)及 CHMOS 的低功耗特征，而且繼承和擴(kuò)展了 MCS48 的單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。 7 中斷控制系統(tǒng) MCS51 單片機(jī)的中斷功能較強(qiáng)，以滿足不同控制應(yīng)用的需要。地址 范圍為 0000H～ FFFFH（ 64KB）。計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和處理都在這里進(jìn)行 控制器：是計(jì)算機(jī)的控制指揮部件，使計(jì)算機(jī)各部份能自動(dòng)協(xié)調(diào)的工作 存儲器：用于存放程序和數(shù)據(jù)（又分為內(nèi)存儲器和外存儲器，內(nèi)存儲器就如我們電腦的硬盤，外存儲器就如我們的 U 盤） 輸入設(shè)備：用于將程序和數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)（例如我們電腦的鍵盤、掃描儀） 輸出設(shè)備：輸出設(shè)備用于把計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)計(jì)算或加工的結(jié)果以用戶需要的形式顯示或保存（例如我們的打印機(jī)） 1 中央處理器（ CPU） 通常把運(yùn)算器和控制器合在一起稱為中央處理器（ Central Processing Unit） ,簡稱 CPU。結(jié)論：前 一 種方案是傳統(tǒng)的模擬控制方式，數(shù) 據(jù) 采 集 信號放大 溫度預(yù)置 比 較 器 信 號 放 大 固態(tài)繼電器 負(fù)載 被控對象 溫度傳感器 A/D 轉(zhuǎn)換 鍵盤控制 單片機(jī) 報(bào)警電路 D/A 轉(zhuǎn)換 顯示電路 PWM控制器 繼電器加熱 第 5 頁 共 36 頁 而模擬控制系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，控制方案的修改也較為繁瑣。 2%； （ 3）設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理電路、鍵盤和顯示電路，編寫控制程序，實(shí)現(xiàn)溫度控制、顯示及報(bào)警功能。 2. 虛擬儀器溫室大棚溫度測控系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)應(yīng)用方面虛擬儀器溫室大棚溫度測控系統(tǒng)是一種比較智能，經(jīng)濟(jì)的方案，適于大力推廣，該系統(tǒng)能夠?qū)Υ笈飪?nèi)的溫度進(jìn)行采集、比較，通過比較對大棚內(nèi)的溫度是否超過溫度限制進(jìn)行分析，如果超過溫度限制，溫度報(bào)警系統(tǒng)將進(jìn) 行報(bào)警，來通知管理人員大棚內(nèi)的溫度超過限制，溫控系統(tǒng)出現(xiàn)故障。 溫度控制系統(tǒng)的國內(nèi)外現(xiàn)狀 近年來，溫度的檢測在理論上發(fā)展比較成熟，但在實(shí)際測量和控制中，如何保證快速實(shí)時(shí)的隨溫度進(jìn)行采樣，確保數(shù)據(jù)的正確傳輸，并能對所測溫度場進(jìn)行較精確的控制，仍然是目前需要解決的問題。這不僅給操作者帶來許多不便，而且靠人工隨時(shí)調(diào)節(jié)空燃比或者電壓大小，很難跟蹤熱值變化的速度，加之加熱爐都需要按照加熱工藝曲線進(jìn)行周期性的加熱，而爐子的特性是變化的，要使加熱爐實(shí)現(xiàn)最有效的節(jié)能運(yùn)行還應(yīng)該考慮到進(jìn)料狀況（冷錠或熱錠）以及軋機(jī)故障待軋的運(yùn)行狀態(tài)。在利用電阻爐加熱過程中 當(dāng)燃料的熱值與壓力穩(wěn)定時(shí)，這種控制系統(tǒng)的控制效果還比較好，而對于燃料的熱值與壓力頻繁波動(dòng)的情況，常規(guī)模擬儀表系統(tǒng)就難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，操作者必須經(jīng)常通過“看火孔”去觀察火焰，調(diào)節(jié)空燃比以改善燃燒效果，或者手動(dòng)的調(diào)節(jié)電源的電壓大小 [3]。 第 1 頁 共 36 頁 1 引言 課題研究的目的和意義 在化工、石油、冶金等生產(chǎn)過程的物理過程和化學(xué)反應(yīng)中，溫度往往是一個(gè)很重要的量，需要準(zhǔn)確地加以控制。為了使系統(tǒng)與外界的能量交換盡可能滿足人們的要求，就需要采取一定的手段來對溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的控制。在利用電阻爐加熱過程中 當(dāng)燃料的熱值與壓力穩(wěn)定時(shí) ，這種控制系統(tǒng)的控制效果還比較好，而對于燃料的熱值與壓力頻繁波動(dòng)的情況，常規(guī)模擬儀表系統(tǒng)就難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，操作者必須經(jīng)常通過“看火孔”去觀察火焰，調(diào)節(jié)空燃比以改善燃燒效果，或者手動(dòng)的調(diào)節(jié)電源的電壓大小 [3]。同時(shí)設(shè)計(jì) 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換電路，鍵盤 /LED 顯示電路 ,報(bào)警電路，信號放大電路；在描述了外圍硬件電路的同時(shí)，還做了大量的軟件工作，包括數(shù)據(jù)處理軟件，PID 控制算法。選出其中具有代表性的幾種如下： 年江蘇理工大學(xué)研制成功了一套溫室環(huán)境控制設(shè)備，通過對溫室內(nèi)部溫度、濕度等的監(jiān)控，在 150 ㎡溫室內(nèi)實(shí)現(xiàn)了溫度、濕度的綜合控制。 2 溫度控制系統(tǒng)的總體方案 第 4 頁 共 36 頁 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)所須做的工作： （ 1）選擇溫度傳感器、 A/D 轉(zhuǎn)換器及單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)試件的溫度檢測； （ 2）選擇 D/A 轉(zhuǎn)換器，設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)，控制溫度為 200℃，控制精度為177。本方案選用了 AT89C51 芯片，不需要外擴(kuò)展存儲器，可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡單。 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如下： 運(yùn)算器：用于實(shí)現(xiàn)算術(shù)和邏輯運(yùn)算。因此稱之為程序存儲器，簡稱內(nèi)部 ROM。 RXD（ ）腳為接收端口， TXD（ ）腳為發(fā)送端口。具有高性能的 8為單片機(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 的 CMOS 的產(chǎn)品。 P2口 :P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口 ,P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng) (吸收或輸出電流 )4 個(gè) TTL 邏輯門電路 ,對端口寫“ 1” ,通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平 ,此時(shí)可作輸入口 ,作輸入口使用時(shí) ,因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻 ,某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流 IIL。對 Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。 EA端必須保持低電平（接地），需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位第 12頁 共 36頁 時(shí)內(nèi)