【正文】 .............................................................................. 4 3 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) ............................................................................................................... 5 微處理器 ..................................................................................................................... 5 溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì) ..................................................................................................... 6 溫度控制電路設(shè)計(jì) ................................................................................................... 10 看門狗電路設(shè)計(jì) ........................................................................................................ 12 人機(jī)通道設(shè)計(jì) ............................................................................................................ 13 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) ............................................................................................................. 16 軟件設(shè)計(jì)概述 ........................................................................................................... 16 程序的總體設(shè)計(jì) ....................................................................................................... 16 系統(tǒng)資源分配 ........................................................................................................... 16 系統(tǒng)程序 .................................................................................................................... 17 系統(tǒng)主程序 ..................................................................................................... 17 按鍵處理子程序 ............................................................................................ 18 標(biāo)度變換 ........................................................................................................ 20 顯示處理 ......................................................................................................... 20 定時(shí)中斷子程序 ............................................................................................ 22 PID 控制算法 ............................................................................................................ 23 控制面板的設(shè)計(jì) ....................................................................................................... 26 控制面板的介紹 ............................................................................................ 26 控制面板的功能 ............................................................................................ 27 5 系統(tǒng)調(diào)試 ........................................................................................................................... 28 5． 1 硬件調(diào)試方法 ......................................................................................................... 28 5． 1． 1 聯(lián)機(jī)調(diào)試 .................................................................................................... 28 5． 1． 2 脫機(jī)調(diào)試 .................................................................................................... 29 5． 2 軟件調(diào)試方法 ......................................................................................................... 29 結(jié) 論 .................................................................................................................................... 31 致 謝 .................................................................................................................................... 32 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................... 32 附 錄 .................................................................................................................................... 34 1 1 前 言 電加熱爐隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)水平的提高，已經(jīng)在冶金、化工、機(jī)械等各類工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用，并且在國民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位。本設(shè)計(jì)介紹的單片機(jī)溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要內(nèi)容包括：系統(tǒng)方案、元器件選擇、系統(tǒng)理論分析、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試及主要技術(shù)性能參 數(shù)。 其中， PID是比例（ P）、積分（ I）和微分（ D） 3個(gè)控制作用的組合。由于計(jì)算機(jī)控制算法是用軟件編寫的一段程序，因此比硬件組成的調(diào)節(jié)器具有更高的可靠性，且系統(tǒng)維護(hù)簡單。現(xiàn)在我們完全可以運(yùn)用單片機(jī)和電子溫度傳感器對(duì)某處進(jìn)行溫度檢測(cè)，而且我們可以很容易地做到多點(diǎn)的溫度檢測(cè)，如果對(duì)此原理圖稍加改進(jìn)，我們還可以進(jìn)行不同地點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)和控制。 根據(jù)工藝要求，系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)如下功能和指標(biāo)： 0～ 1000℃。 總體方案設(shè)計(jì) 根據(jù)加熱爐的功能和指標(biāo)要求，本系統(tǒng)可以從元件級(jí)開始設(shè)計(jì)，選用 89C51單片機(jī)為主控機(jī)。進(jìn)行各種操作時(shí)有必要的聲、光提示。 B、溫度控制電路，包括開關(guān)量輸出和電阻絲的驅(qū)動(dòng) 。 D、顯示溫度。 因此此單片機(jī)完全能滿足溫度控制系統(tǒng)的要求。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6，它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的，要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過 1 個(gè) ALE 脈沖。本系統(tǒng)要求對(duì)加熱爐內(nèi)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與檢測(cè)，在充分保證安全的情況下對(duì)待加工器件進(jìn)行熱處理。 名稱 型號(hào) 分度號(hào) 測(cè)溫范圍 ℃ 允許偏差 偶絲直徑 鎳鉻 — 鎳硅 WREU K 長期 短期 0— 300℃ 177。 由于熱電偶溫度傳感器的材料一般都比較貴重，而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低 成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把溫度傳感器熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到 儀表端子上。因此系統(tǒng)不穩(wěn)定，并且由于中間環(huán)節(jié)過多，影響系統(tǒng)的控制精度。 其工作原理如下： K型熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)，經(jīng)過低噪聲電壓放大器 A1和電壓跟隨器 A2放大、緩沖后，得到熱電勢(shì)信號(hào) U1，再經(jīng)過 S4送至 ADC。 MAX6675從 SPI串行接口輸出數(shù)據(jù)的過程如下：單片機(jī)使 CS置為低電平，并提供時(shí)鐘信號(hào)給 SCK，由 SO讀取測(cè)量結(jié)果。根據(jù)加熱爐的加熱范圍（ 0℃ — 1000℃） 及加熱最高溫度（ ℃），本系統(tǒng)選用的加熱電阻為： 鐵鉻鋁 高電阻電熱合金 。為了提高效率，要求觸發(fā)脈沖與交流電壓同步，通常采用檢測(cè)交流電過零點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。近年來各廠家開發(fā)出多種看門狗芯片，如： MAX81 X504 24C021 等。本系統(tǒng)采用的是直觀、簡單的獨(dú)立式非編碼按鍵， 獨(dú)立式按鍵是指直接用 I/O 口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。而所謂動(dòng)態(tài)掃描就是指我們采用分時(shí)的方法，輪流控制各個(gè)顯示器的 COM 端，使各個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮。 程序的總體設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的軟件主要實(shí)現(xiàn)的功能為 :溫度傳感器測(cè)量的溫度信號(hào)經(jīng) MAX6675 進(jìn)行信號(hào)的放大與 A/D 轉(zhuǎn)換，把轉(zhuǎn)換好的數(shù)字量輸入單片機(jī)， 經(jīng)過標(biāo)度變換、顯示碼處理后將顯示碼送到數(shù)碼管上顯示出來。 控制算法模塊：采用 PID 控制算法對(duì)溫度進(jìn)行控制。 EEPROM 的存儲(chǔ)區(qū)地址為 0000H0FFFH。 系統(tǒng)主程序 該系統(tǒng)的主程序有初始化（包括 89C51 的初始化，定時(shí)器初始化，看門狗初始化等）、A/D 轉(zhuǎn)換，標(biāo)度變換，鍵盤掃描，鍵盤處理 ,PID 控制算法等程序段和功程序模塊組成，其流程圖如圖 31 所示 : 18 本系統(tǒng)在進(jìn)行顯示時(shí)，外界的物理 量經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字量再經(jīng)過標(biāo)度變換、顯示處理，顯示出來，因此顯示程序應(yīng)該寫在中斷里面，這里本人設(shè)定的是每隔 10ms 一次，即每隔 10ms 送因此顯示。當(dāng)輸入信號(hào)為 0（即參數(shù)值起點(diǎn)值）， A/D 輸出值不為 0 時(shí)，標(biāo)度變化公式為： Ax=(AmAo)*(NxNo)/NmNo +Ao 式中： Ao：參數(shù)量程起點(diǎn)值 ，一次測(cè)量儀表的下限； Am：參數(shù)量程終點(diǎn)值，一次測(cè)量儀表的上限； Ax：參數(shù)測(cè)量值，實(shí)際測(cè)量值（工程量）； No：量程起點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 A/D 轉(zhuǎn)換后的值，儀表下限對(duì)應(yīng)的數(shù)字量； Nm：量程終點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 A/D 值，儀表上限對(duì)應(yīng)的數(shù)字量； Nx：測(cè)量值對(duì)應(yīng)的 A/D 值（采樣值），實(shí)際上是經(jīng)數(shù)字濾波后確定的采樣值。當(dāng) 89C51 采用 12MHZ 晶振時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為 1μ s，計(jì)數(shù)頻率為 1MHZ。 PID是比例（ P）、積分（ I）和微分（ D） 3個(gè)控制作用的組合。但是，計(jì)算機(jī)的工作時(shí)間和工作量卻隨著采樣周期的減小而增大，所以每一個(gè)回路都有一個(gè)最佳的采樣周期。即 根據(jù)調(diào)節(jié)規(guī)律，及不同調(diào)節(jié)對(duì)象的特征，通過閉環(huán)試驗(yàn)，反復(fù)湊試，找出最佳調(diào)節(jié)參數(shù)。設(shè)置按鍵是用來設(shè)定加熱爐的溫度上、下限，加熱溫度值及各種參數(shù)。 硬件調(diào)試方法 常見的硬件故障有： 邏輯錯(cuò)誤