【正文】 術(shù)參數(shù) 額定工作電壓 是指繼電器正常工作時(shí)線圈所需要的電壓。為求準(zhǔn)確，可以試多幾次而求平均 值。選用繼電器時(shí)，一般控制電路的電源電壓可作為選用的依據(jù)。為了便于擴(kuò)展和更改，軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系更加簡(jiǎn)單明了，使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運(yùn)作。 K2 按下時(shí)，必在行線輸出 1011B,列線讀得 0111B 時(shí)，其鍵值 10110111B=B7H。 當(dāng)用于 PID 參數(shù)調(diào)節(jié)時(shí)，設(shè)定 1鍵為確認(rèn)鍵，按下第五次后，顯示 PID 系數(shù)狀態(tài)。 A、 B接上位機(jī)的通信線。影響指令的正常執(zhí)行，造成控制事故或失靈，在測(cè)量通道中產(chǎn)生了干擾，就會(huì)使測(cè)量產(chǎn)生誤差，電壓的沖擊有可能使系統(tǒng)遭到致命的破壞。器件處于接收狀態(tài)：當(dāng) DE為邏輯 l時(shí) ,器件處于發(fā)送狀態(tài)。另外，設(shè)定 1 鍵用于第一次按下時(shí)顯示采集的溫度，第二次按下則進(jìn)行溫度的上限調(diào)整，第三次按下進(jìn)行溫度的下限調(diào)整，第四次按下則進(jìn)行采集溫度的顯長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 28 示構(gòu)成循環(huán)。當(dāng)一行沒有鍵按下時(shí)再用同樣 的方法接著掃描（檢查）下一行。 表 LCD1602引腳功能 引腳號(hào) 名稱 功能 1 GND 電源地 2 VCC +5V 電源 3 VL 對(duì)比調(diào)整電壓 4 RS 寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇 指令寄存器 5 R/W 讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)讀操作，低電平時(shí)寫操作 6 EN 使能端 7～ 14 DB0～ DB7 八位雙向數(shù)據(jù)端 15 A 背光正極 16 K 背光負(fù)極 在本系統(tǒng)中 LCD1602主要用于顯示溫度和時(shí)間等信息。線圈不通電時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)和其中一個(gè)靜觸點(diǎn)斷開和另一 個(gè)閉合，線圈通電后，動(dòng)觸點(diǎn)就移動(dòng)，使原來斷開的成閉合，原來閉合的成斷開 狀態(tài)，達(dá)到轉(zhuǎn)換的目的。由此可以區(qū)別出那個(gè)是常閉觸點(diǎn)，那個(gè)是常開觸點(diǎn)。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 23 固態(tài)繼電器（ SSR）的工作原理和特性 固態(tài)繼電器是一種兩個(gè)接線端為輸入端，另兩個(gè)接線端為輸出端的四端器件，中間采用隔離器件實(shí)現(xiàn)輸入輸出的電隔離。當(dāng)單片機(jī)的 電平時(shí)， PNP 型三極管驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器工作接通加熱器工作，當(dāng)單片機(jī)的 為低電平時(shí)固態(tài)繼電器關(guān)斷，加熱器不工作。一個(gè)完整串行接口讀操作需 16 個(gè)時(shí)鐘周期，在時(shí)鐘的下降沿讀取 16個(gè)輸出位，第 1 位和 第 15 位是一偽標(biāo)志位，并總為 0；第 14位到第3 位為以 MSB 到 LSB 順序排列的轉(zhuǎn)換溫度值；第 2 位平時(shí)為低，當(dāng)熱電偶輸入開放時(shí)為高，開放熱電偶檢測(cè)電路完全由 MAX6675 實(shí)現(xiàn)，為開放熱電偶檢測(cè)器操作，T必須接地，并使接地點(diǎn)盡可能接近 GND 腳；第 1 位為低以提供 MAX6675 器件身份碼，第 0位為三態(tài)。冷端即安裝 MAX6675 的電路板周圍溫度，此溫度在 20℃～ +85℃范圍內(nèi)變化。 (6)要根據(jù)不同的溫度選擇不同的測(cè)量元件。 K型熱電偶不能直接在高溫下用于硫，還原性或還原，氧化交替的氣氛中和真空中，也不推薦用于弱氧化氣氛 . K 型熱電偶的測(cè)溫原理 熱電偶測(cè)溫必須由熱電偶、連接導(dǎo)線及顯示儀表三部分組成。晶振電路如下圖所示。 石晶 振蕩和陶瓷振蕩均可采用。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 5．并行 I/O 口：并行口共有 4 個(gè) 8 位的 I/O口（ P0、 Pl、 P P3）。三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 在工業(yè)上溫度檢測(cè)電路是非常重要的，它能及時(shí)的把溫度反饋給單片機(jī)，在計(jì)算機(jī)的控制下把溫度反饋給顯示 電路以便及時(shí)的顯示當(dāng)下的溫度，在 單片機(jī) AT89C51 鍵盤 顯示 報(bào)警 通訊 溫度檢測(cè)電路 傳感器 電 阻 爐 溫度控制 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 10 和設(shè)定的溫度進(jìn)行比較，如果溫度超過上限溫度，則會(huì)觸發(fā)報(bào)警電路，便于值班人員進(jìn)行檢修，以保證正常的生產(chǎn)。在等待 T1 中斷時(shí)，將本次采樣值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度值放入顯示緩沖區(qū)，然后調(diào)用顯示子程序。 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量與爐溫的給定值數(shù)字化后進(jìn)行比較，即可得到實(shí)際爐溫和給定爐溫的偏差；爐溫的設(shè)定值由鍵盤輸入。采用單片機(jī)及相應(yīng)的組成部件完成電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)包括硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)。國(guó)外一些溫控系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制的量比較多，成本較高，安裝，維護(hù)過程都很復(fù)雜很不適合阿紫我國(guó)鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)使用?，F(xiàn)在已有許多由單片機(jī)控制的儀器設(shè)備，使電阻絲加熱和溫度控制完全自動(dòng)連續(xù)的進(jìn)行。因此，在電阻爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量考慮到如何有效地避免各 種干擾因素而采用一個(gè)較好的控制方案，選擇合適的芯片及控制算法是非常有必要的。中文摘要 I 摘 要 電阻爐作為工業(yè)爐窯中的一種常用的加熱設(shè)備被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。隨著單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，通過單片機(jī)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制日益成為今后自動(dòng)控制領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。德國(guó)是世界上爐溫控制技術(shù)最先進(jìn)的國(guó)家之一，加熱爐系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高度的自動(dòng)化，都由單片機(jī)或PLC 控制。而我國(guó)國(guó)內(nèi)制造的加熱設(shè)備，成本相對(duì)低廉，所控制的量比較少，能實(shí)現(xiàn)基本量的控制，但是由于絕大多采用的是普通的繼電器控制系統(tǒng)，調(diào)試，維護(hù)困難，靈敏度不夠高，不能實(shí)現(xiàn)定時(shí)的精確控制，而且產(chǎn)品產(chǎn)品先天性不足，使用壽命短，其產(chǎn)品市場(chǎng)占有率很低。硬件電路包括 AT89C51 單片機(jī)介紹，溫度檢測(cè)電路， LCD 顯示電路，鍵盤輸入電長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 4 路，時(shí)鐘電路，輔助電路。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。從 T1中斷返回后，再?gòu)?T0 中斷返回主程序并且、繼續(xù)顯示本次采樣溫度，等待下次 T0中斷。 液晶顯示：用于顯示電阻爐的實(shí)時(shí)溫度，便于人工和自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)溫度的監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)超出上限溫度的時(shí)候及時(shí)反饋給系統(tǒng)或值班人員，也可顯示設(shè)定時(shí)間，實(shí)際時(shí)間，使工作人員能更清楚和準(zhǔn)確的了解電阻爐當(dāng)前的運(yùn)行情況。 128 8位內(nèi)部 RAM 每個(gè) 8 位的口，既可用作輸入口，也可用作輸出口，每個(gè)口即可以 8 位同步讀寫，又可對(duì)每一位進(jìn)行單獨(dú)的操作，十分的方便。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2應(yīng)不接。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 15 圖 時(shí)鐘電路 前向通道設(shè)計(jì) 溫度采集電路部分包括：傳感器，信號(hào)調(diào)理電路， A/D 轉(zhuǎn)換。下圖 是最簡(jiǎn)單的熱電偶測(cè)溫示意圖。一般測(cè)量溫度大于 100℃ 時(shí)，應(yīng)選擇熱電偶，小于 100℃ 時(shí)選擇熱電阻。當(dāng)冷端溫度波動(dòng)時(shí)， MAX6675 仍能精確檢測(cè)熱端的溫長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 19 度變化。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 20 表 MAX6675 S0端輸出數(shù)據(jù)的格式 圖 MAX6675 SPI接口時(shí)序 在本次設(shè)計(jì)中當(dāng) MAX6675 的 CS引腳從高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)， MAX6675 將停止任何信號(hào)的轉(zhuǎn)換并在時(shí)鐘 SCK的作用下向外輸出已轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)。控制電路如下圖 所示： 圖 溫度控制電路圖 其中，固態(tài)繼電器 SSR40DA 是由固態(tài)元件組成的無觸點(diǎn)開關(guān)，具有工作安全可靠、壽命長(zhǎng)、無觸點(diǎn)、無火花、無污染、高絕緣、高耐壓（越過 ）、低長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 22 觸發(fā)電流、開關(guān)速度快、可與數(shù)字電路匹配，以阻燃型環(huán)氧樹脂為原料，采用灌封技術(shù)，使與外界隔離，具有良好的耐壓、防潮、防腐、抗震動(dòng)等性能。 固態(tài)繼電器按負(fù)載電源類型可分為交流型和直流型。 測(cè)線圈電阻 可用萬能表 R10Ω 檔測(cè)量繼電器線圈的阻值，從而判斷該線圈是否存在著開路現(xiàn)象。這樣的觸點(diǎn)組稱為轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)。圖 路。 3）、當(dāng)某一行有鍵按下時(shí)，通過此時(shí)行線輸出及列線輸入組合成一個(gè) 8 為二進(jìn)制數(shù)，這個(gè)數(shù)稱為鍵值，由鍵值可以唯一地確定按鍵號(hào)碼。選擇 2 鍵進(jìn)行位數(shù)調(diào)整，第一次顯示個(gè)位，第二次顯示十位，第三次顯示百位，第四次按下是顯示千位。 A端和 B端分別為接收和發(fā)送差分信號(hào)端。告饒一般都是以脈沖的形式進(jìn)入系統(tǒng)的，竄入單片機(jī)系統(tǒng)的渠道主要有三條： （ 1）空間干擾 周圍的電器設(shè)備如發(fā)射機(jī)、中頻爐、可控硅逆。在與單片機(jī)連接時(shí)，只需要一個(gè)信號(hào)控制 MAX485的接收和發(fā)送即可。 4 鍵用于減少一個(gè)數(shù)，按下一次在原基礎(chǔ)之上減1，這個(gè)值在 90之間變化。 K1 按下時(shí)，必在行線輸出 0111B,列線讀得 1011B 時(shí)，其鍵值 01111011B=7BH。軟件設(shè)計(jì)是以單片機(jī)的基本語言匯編語言來進(jìn)行的，指令的執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲(chǔ)空間。 繼電器的選用 ①控制電路的電源電壓，能提供的最大電流； ②被控制電路中的電壓和電流； ③被控電路 需要幾組、什么形式的觸點(diǎn)。慢慢調(diào)高電源電壓，聽到繼電器吸合聲時(shí)，記下該吸合電壓和長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 24 吸合電流。按隔離型可分為混合型、變壓器隔離型和光電隔離型，以光電隔離型為最多，本系統(tǒng)則采用的光電隔離型。因此電路的射頻干擾很小，可降低感性負(fù)載（如風(fēng)扇、三相電動(dòng)機(jī)等）的反電動(dòng)勢(shì)以及驅(qū)動(dòng)阻性負(fù)載（如白熾燈、發(fā)熱絲等 ）時(shí)可顯著降低浪涌電流等優(yōu)點(diǎn)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖 ： 圖 SSR40DA內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 繼電器的工作原理和特性 當(dāng)輸入量 (如電壓、電流、溫度等 )達(dá)到規(guī)定值時(shí)，使被控制的輸出電路導(dǎo)通或斷開的電器。在 CS引腳從高電平變成低電平時(shí)，第一個(gè)字節(jié) D15 將出現(xiàn)在引腳 SO。該器件可將周圍溫度通過內(nèi)部的溫度檢測(cè)二極管轉(zhuǎn)換為溫度補(bǔ)償電壓，為了產(chǎn)生實(shí)際熱電 偶溫度測(cè)量值， MAX6675 從熱電偶的輸出和檢測(cè)二極管的輸出測(cè)量電壓。 溫度檢測(cè)電路 MAX6675 的介紹 在工業(yè)檢測(cè)系統(tǒng)中，熱電偶作為一種主要的測(cè)溫元件，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、使用方便、測(cè)溫范圍寬、測(cè)溫精度高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)溫度控制過程中。在熱電偶回路中產(chǎn)生的電勢(shì)由溫差電勢(shì)和相接觸電勢(shì)兩部分組成接觸電勢(shì)：它是兩種電子密度不同的導(dǎo)體相互接觸時(shí)產(chǎn)生的一種熱電勢(shì)。由于本系統(tǒng)要求的溫度屬于中高溫范圍，所以本系統(tǒng)采用 K型（鎳鎘 鎳硅）熱電偶，可測(cè)量 1312℃，其線性度較好，而且價(jià)格便宜。 單片機(jī)的復(fù)位電路 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 14 手動(dòng)復(fù)位電路：為確保單片機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。該串行口功能較強(qiáng)，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為同步移位器使用。兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 溫度控制電路：在設(shè)定溫度與反饋過來的電阻溫度出現(xiàn)偏差，單片機(jī)觸發(fā)溫度控制電路，調(diào)節(jié)電阻爐的溫度，直至達(dá)到生產(chǎn)要求的溫度。 三位式調(diào)節(jié) 它有上下限兩個(gè)給定值，當(dāng)爐溫低于下限給定值時(shí)招待器全開；當(dāng)爐溫在上、下限給定值之間時(shí)執(zhí)行器部分開啟；當(dāng)爐溫超過上限給定值時(shí)執(zhí)行器全閉。 此外，該智能控制器還包括與上位機(jī)的通訊接口，數(shù)據(jù)顯示電路等。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 5 第二章 總體設(shè)計(jì)及其方案論證 設(shè)計(jì)工藝流及其 要求 本設(shè)計(jì)是單片機(jī)定時(shí)對(duì)電阻爐溫度進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)過放大和 A/D 轉(zhuǎn)換得到相應(yīng)的數(shù)字量，再送到單片機(jī)進(jìn)行判斷和運(yùn)算，得到相應(yīng)的控制量來控制執(zhí)行部件，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制，同時(shí)又具有鍵盤輸入和顯示溫度等功能。以單片機(jī)為核心的小型自控系統(tǒng)具有造價(jià)低廉，可靠性高適用于各種環(huán)境下運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，并且在系統(tǒng)硬件組成不變的情況下通過更改軟件設(shè)置來適應(yīng)多種運(yùn)行方式的需要，是傳統(tǒng)繼電器控制的理想替代品。據(jù)有關(guān)國(guó)際組織發(fā)表的資料顯示：中國(guó)的單位國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值所消耗的電是美國(guó)的 4 倍左右。 課題研究的背景意義 近幾年來，我國(guó)以信息化帶動(dòng)的工業(yè)化正在蓬勃發(fā)展，溫度已成為工業(yè)對(duì)象控制中一種重要的參數(shù)，特別是在冶金，化工，機(jī)械等各類工業(yè)中，廣泛使用各種加熱爐，熱處理爐，反應(yīng)爐等。 電阻爐是一種具有純滯后的大慣性系統(tǒng)，開關(guān)爐門，加熱材料，環(huán)境溫度以及電網(wǎng)電壓等都影像控制過程，傳統(tǒng)的電阻爐控制系統(tǒng)大多建立在一定的模型基礎(chǔ)上，難以保證加熱要求。電阻爐是工業(yè)爐的其中之一，是利用電流通過電熱體元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能來加溫或熔化工件或者物料的加工設(shè)備。 課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢(shì) 當(dāng)前，隨著電氣信息技術(shù)在加熱爐系統(tǒng)中的應(yīng)用，發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)，德國(guó)，日本，澳大利亞等成功開發(fā)了一些列用途廣泛，功能極強(qiáng)的溫度控制器，隨著電力資源的日趨緊張及信息技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán) 的爐溫控制系統(tǒng)不僅具有廣闊的市場(chǎng)前景，而且具有巨大的社會(huì)效益。而基于精確數(shù)學(xué)模型的常規(guī)控制難以滿足加熱工藝曲線的要求。 ① 設(shè)計(jì)要求： 可根據(jù)獨(dú)立鍵盤按鍵設(shè)定目標(biāo)溫度，實(shí)現(xiàn)溫度的調(diào)試，能夠通過 LCD 顯示器顯示控