【正文】 Z。此方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)明扼要，硬件電路比較簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是所測(cè)的溫度精度不高。因此，如何將單片微處理器應(yīng)用到鍋爐溫度自動(dòng)控制領(lǐng)域，為越來越多的生產(chǎn)廠家所重視。文中傳感器理論與單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，詳細(xì)地講述了基于單片機(jī) STC89C52 和溫度傳感器 PT100 的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案與軟硬件實(shí)現(xiàn)方案。在工業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。其中，溫度控制也越來越重要。 本文利用單片機(jī)結(jié)合 傳感器 技術(shù)而開發(fā)設(shè)計(jì)了這一 溫度監(jiān)控系統(tǒng)。由于單片微處理器的性能日益提高、價(jià)格又不斷降低，使其性能價(jià)格比的優(yōu)勢(shì)非常明 顯。 方案二：采用 STC89C52 芯片作為控制核心，以 ADC0809 做模數(shù)轉(zhuǎn)換，并用 LED 顯示當(dāng)前的溫度和設(shè)定的溫度，設(shè)置設(shè)定溫度鍵，通過 PWM 波調(diào)制和 PID算法來控制輸出，從而達(dá)到控制爐溫的目的。 STC89C52 單片機(jī)具有增強(qiáng)型 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期、 6 時(shí)鐘機(jī)器 /周期任意選擇，工作電壓為 （ 5V單片機(jī)） /（ 5V 單片機(jī)）；工作頻率范圍： 040MHZ，相當(dāng)于普通 8051 的 080MHZ。從 a 到 g 管腳輸入不同的 8位二進(jìn)制數(shù) ,可以顯示不同的數(shù)字或字符。 //1000取余再除以 100得到商，為溫度的個(gè)位 er=1。 第六章 控制執(zhí)行模塊 15 圖 二、獨(dú)立式鍵盤工作原理 因 為鍵盤較少所以用簡(jiǎn)單的獨(dú)立式鍵盤，它的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是占用 I/O 口多，適用于鍵盤較少的電路。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅 ， 此外，現(xiàn)在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。 ? 精度 :ADC0809小于 1/2LSB。 當(dāng)環(huán)境溫度下降時(shí) , 輸出信號(hào)增大 ,輸出脈寬增大 , 電熱絲加熱時(shí)間增長(zhǎng)，環(huán)境溫度上升。 click++。 //計(jì)算偏差 u_k=kp*(ekek1)+ki*ek+kd*(ek2*ek1+ek2)。 3)基本上能夠控制在目標(biāo)溫度上，但上下偏差很大經(jīng)常波動(dòng)．出現(xiàn)這種現(xiàn)象的可能原因是：微分系數(shù)過小，對(duì)即時(shí)變化反應(yīng)不夠迅速；積分系數(shù)過大，第六章 控制執(zhí)行模塊 29 使微分反應(yīng)被淹沒鈍化；設(shè)定的基本控制周期過短，加熱沒來得及傳到測(cè)溫點(diǎn)上。 The burning efficiency does not make a higher request. Such boiler bustion process automatic control simplifies as the chamber negative pressure primarily parameter decides the coal gas flow control. (3) the chamber negative pressure Pf size is directed the amount of wind, the drum amount of wind and the coal spirit (pressure)three influences. The chamber negative pressure too is small, the chamber and outside divulges the blast furnace coal gas to the outside to riching, endangers the equipment and the movement personnel39。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象具體調(diào)節(jié)。在確定了 Ts、 Ti、 TD、Kc 之后，根據(jù)最近 3次的偏差即可求出控制增量。 //恢復(fù)定時(shí)器初始值 TL0=V_TL0。 第六章 控制執(zhí)行模塊 23 圖 ADC0809串口連接電路 第三節(jié) 本章小結(jié) 在本章中主要講到熱電阻 PT100 通過三限制電橋電路對(duì)電爐的測(cè)溫，并闡述其其測(cè)溫原理，設(shè)計(jì)出 PT100 測(cè)溫電路，產(chǎn)生的電壓信號(hào)經(jīng)過 ADC0809 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入單片機(jī)，對(duì) ADC0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各種功能的介紹，設(shè)計(jì)出ADC0809 串口連接電路。 圖 第六章 控制執(zhí)行模塊 20 第二節(jié) 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 一、 ADC0809 性能 介紹 現(xiàn)階段生產(chǎn)的 ADC具有模塊化、與微機(jī)總線兼容等特點(diǎn)，在選擇 ADC 芯片時(shí)，除需要滿足用戶的各種技術(shù)要求外，還須注意：① 數(shù)字輸出的方式；② 對(duì)啟動(dòng)信號(hào)的要求；③ 轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換時(shí)問；④ 穩(wěn)定性及抗干擾性。 //溫度初始值減值 1度 } while(key_down==0) { dic_temp(wendu_c)。 //在第四個(gè)數(shù)碼管上顯示 Delay(5)。 P0=table[i]。當(dāng)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí) ,發(fā)光二極管點(diǎn)亮 。 STC89C52是一種帶 8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM— FAlsh ProgrAmmABle And ErAsABle ReAd Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。需要對(duì) 51 單片機(jī)和熱電阻 測(cè)溫原理的詳細(xì)了解，并能制作相應(yīng)系統(tǒng)，初步實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的采集及控制。 作為控制系統(tǒng)中的一個(gè)典型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)綜合運(yùn)用了微機(jī)原理、自動(dòng)控制原理、 傳感器原理、 模擬電子技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)、鍵盤顯示技術(shù)等諸多方面的知識(shí)，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一次綜合測(cè)試。另一方面，傳感器的被測(cè)信號(hào)來自于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，每個(gè)領(lǐng)域都為了改革生產(chǎn)力、提高工效和時(shí)效，各自都在開發(fā)研制適合應(yīng)用的傳感器，于是種類繁多的新型傳感器及傳感器系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。 本系統(tǒng)由核心處理模塊、 鍵盤顯示模塊、 溫度采集 模數(shù)轉(zhuǎn)換 模塊、及控制執(zhí)行模塊等模塊組成主要完成成對(duì) 電爐 的溫度采集并顯示；手動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)定 溫度 值；溫度智能控制 等功能 。因此，單片機(jī)廣泛用于現(xiàn)代工業(yè)控制中。溫度是生產(chǎn)過程 和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中普遍而且重要的物理參數(shù)。由于它具有體積小，功能強(qiáng)，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于電子儀表，家用電器，節(jié)能裝置，軍事裝置，機(jī)器第六章 控制執(zhí)行模塊 3 人，工業(yè)控制等諸多領(lǐng)域，使產(chǎn)品小型化，智能化，既提高了產(chǎn)品的功能和質(zhì)量又降低了成本，簡(jiǎn)化了 設(shè)計(jì)。 第二節(jié) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖 本系統(tǒng)采用典型的反饋式溫度控制系統(tǒng)，系統(tǒng)組成見圖 。 復(fù)位電路 :由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成 ,并結(jié)合 電容電壓不能突變 的性質(zhì) ,可以知道 ,當(dāng)系統(tǒng)一上電 ,RST 腳將會(huì)出現(xiàn)高電平 ,并且 ,這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的 RC 值來決定 .典型的 51 單片機(jī)當(dāng) RST 腳的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就將復(fù)位 ,所以 ,適當(dāng)組合 RC 的取值就可以保證可靠的復(fù)位 .一 般教科書推薦 C 取 10u,R 取 ,原則就是要讓 RC 組合可以在 RST 腳上產(chǎn)生不少于 2個(gè)機(jī)周期的高電平。電路圖如圖 。 //1000取余再用 100取余 再除以 10，為溫度的小數(shù)位 san=1。 實(shí)現(xiàn)程序如下： void keyscan() //鍵盤掃描 { if(key_up==0) //數(shù)字加按鍵按下 { 第六章 控制執(zhí)行模塊 16 delay(5)。 圖 熱電阻 電橋 電路 當(dāng)測(cè)溫范圍不大，元件長(zhǎng)度和截面積隨溫度改變引起的阻值變化可以忽略時(shí)，熱電阻元件的阻值隨溫度變化可以認(rèn)為是線性的，可以用式 5－ 1 表示 : )](1[ 00 ttRR tt ??? ? （ 5－ 1） 其 中 ,t0 表參考溫度； 0tR 表示參考溫度下的鉑熱電阻阻值 。 ? 轉(zhuǎn)換速度取決于芯片外接的時(shí)鐘頻率 ,時(shí)鐘頻率范圍為 :10~1280KHZ,典型值為 640KHZ,約為 100微妙?？刂茍?zhí)行程序流程圖如圖 所示。 } 第六章 控制執(zhí)行模塊 27 二、 PID 控制算法 溫度 PID控制原理是先求出實(shí)測(cè)溫度與設(shè)定溫度的偏差值。 } if(t=wendu_c) //大于設(shè)定值 shuchu=0。 通過本次設(shè)計(jì)，本人深刻的認(rèn)識(shí)到自己很多不足之處，在設(shè)計(jì)原理圖時(shí)不 能正確的芯片及電子元件，在焊接電路時(shí)不能合理安排導(dǎo)線之間的連接等。 首先，也是最主要感謝的是我的指導(dǎo)老師 ,仇國(guó)慶老師。 //調(diào)整新的脈寬定時(shí)，即新的占空比 if (click=ZKB) shuchu=1。溫控系統(tǒng)采用的數(shù)字 PID算法，具體算法采用的是增量式 PID算法，增量 PID 算法的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)可以遞推使用，占用存儲(chǔ)空間少，運(yùn)算快．用軟件來實(shí)現(xiàn)。定時(shí)器采用工作方式 0，時(shí)基定為 100 毫秒。從圖中可以看出：在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)，通道地址應(yīng)先送到 ADDAADDC 輸入端，然后在 ALE 輸入端加一個(gè)正跳變脈沖 ,將通道地址鎖存到 ADC0809 內(nèi)部的地址鎖存器中，這樣對(duì)應(yīng)的模擬電壓輸入就和內(nèi)部變換電路接通。 電橋處于平衡時(shí)，則有： 321 RRRR t ??? (5－ 2) 令 Rl=R2，則 R3=Rt ,，使得 R3的阻值等于鉑熱電阻的阻值。 else wendu_c=wendu_c+10。 //在第三個(gè)數(shù)碼管上顯示 delay(5)。 顯示及鍵盤電路如圖 所示 第六章 控制執(zhí)行模塊 12 圖 二、 顯示掃描子程序 在本次設(shè)計(jì)中，采用 8位動(dòng)態(tài)顯示 電路。 第六章 控制執(zhí)行模塊 9 圖 核心處理模塊電路原理圖 第三節(jié) 本章小結(jié) 本章主要對(duì) STC89C52 單片機(jī)做出詳細(xì)的介紹，了解其封裝引腳圖和各引腳的基本功能。由單片機(jī)構(gòu)成的數(shù)字控制器按最小拍進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出所需要的控制量。爐溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在爐溫變化時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。其中溫度的控制在生產(chǎn)過程中占有相當(dāng)大的比例。傳感器技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。詳細(xì)論述了數(shù)字 PID 控制器的原理及其在溫度控系統(tǒng)中的應(yīng)用，將增量式 PID 和 PWM 脈寬調(diào)制技術(shù)相結(jié)合 .此外本 系統(tǒng)采用 鉑熱電阻 PT100 采集溫度數(shù)據(jù)， 并將其放大的信號(hào)通過 AD 轉(zhuǎn)換傳給單片機(jī)，同時(shí) 數(shù)碼管同步顯示溫度設(shè)定值和當(dāng)前測(cè)量值，可通過按鍵以 1℃的 加減來 改變溫度設(shè)定值。傳感器主要用于測(cè)量和控制系統(tǒng)，它的性能好壞直接影響系統(tǒng)的性能 。它的作用主要是改善勞動(dòng)條件，節(jié)約能源，防止生產(chǎn)和設(shè)備事故，以獲得好的技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益。通過繼電器的反復(fù)開啟和關(guān)閉，使?fàn)t溫保持在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。根據(jù)各個(gè)步驟設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的總體框圖，并根據(jù)總體框圖設(shè)計(jì)出主程序流程圖。這種顯示器有共陰極和共陽極兩種。 i=t/1000。 si=1。 //延時(shí)消除按鍵抖動(dòng) if(key_down==0) //確認(rèn)數(shù)字減按鍵按下 { if(wendu_c=0) //限定溫度下限 0度 wendu_c=0。對(duì)于工業(yè)用鉑電阻，規(guī)定其 100R / 0R 為 Pt10和 Pt100，后者用得較多。 第六章 控制執(zhí)行模塊 21 圖 ADC0809轉(zhuǎn)換工作時(shí)序 其內(nèi)部邏輯圖和管腿圖如 所示。等到下一周期開始 P 3． 0 腳電平又被置為高電平，如此反復(fù)進(jìn)行便產(chǎn)生溫度控制的 PWM波。 可由式 (1)導(dǎo)出提供增量的 PID 控制算式，根據(jù)遞推原理可得： )]2()1([)()1()1( 01 ???????? ?? kekekjekkekku kj Dc (62) 用式 (1)減去式 (2)，可得： )]2()1(2)([)()]1()([)( 1 ?????????? kekekekkekkekekku Dc (63) 可見。面對(duì)不同的控制對(duì)象參數(shù)都不相同。在此，謹(jǐn)向指導(dǎo)老師仇老師致以真誠(chéng)的謝意！ 最后，要感謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中一路走來幫助過我的人，雖然各自選擇的題目不一樣，當(dāng)我有難題的時(shí)候他們一樣伸出熱情的援助之手，在此深表感謝，也祝你們順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)！ 第六章 控制執(zhí)行模塊 32 參考文獻(xiàn) [1] 李朝青．單片機(jī)原理及接口技術(shù) [M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999． [2] 顧德英 . 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（第 2版） [M].北 京：北京郵電大學(xué)出版社， 2021. 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