基于數(shù)字pid電熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(編輯修改稿)
2025-07-15 18:03 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 A24，其規(guī)格為：型號:標準型,電流:25（A）,電壓:600800（V）,觸發(fā)電流:3550(mA)（A）,封裝形式:TO220,控制方式:雙向。3 其他控制原件的選擇以上選擇了溫度控制系統(tǒng)中的加熱電阻和雙向可控硅，但可控硅在與單片機接口連接時需要加光電隔離，而且需要單片機發(fā)出觸發(fā)脈沖來控制可控硅的導(dǎo)通角。其中，加熱爐中的光電隔離器一般選擇MOC3021，而觸發(fā)脈沖常用單片機的某一根I/O接口產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。為了提高效率，要求觸發(fā)脈沖與交流電壓同步，通常采用檢測交流電過零點來實現(xiàn)。如圖24所示：圖244 溫度控制電路原理圖89C51單片機對溫度的控制是通過雙向可控硅實現(xiàn)的。雙向可控硅管和加熱電阻串接在交流220V、50Hz的回路中。89C51單片機只要改變可控硅管的接通時間即可改變加熱絲的功率，以達到調(diào)節(jié)溫度的目的?？煽毓杞油〞r間可以通過可控硅控制極上觸發(fā)脈沖控制。，在過零同步脈沖同步后經(jīng)驅(qū)動器7407和光電耦合器MOC3021輸出送到可控硅的控制極上。具體電路圖如下：圖25溫度控制電路圖 看門狗電路設(shè)計提到看門狗，則必須提一下電源監(jiān)控和上電復(fù)位電路。為了使用者的方便，現(xiàn)在芯片都把上電復(fù)位、電源監(jiān)控及“看門狗”集成到一起。近年來各廠家開發(fā)出多種看門狗芯片，如：MAX81X50424C021等。其中，X5045是SPI總線格式的具有看門狗、電源監(jiān)控和PROM數(shù)據(jù)存儲的多功能芯片，目前應(yīng)用較為廣泛，使用者可根據(jù)自己所選擇的具體MCU來配置外圍看門狗電路及電源監(jiān)控。其引腳功能如下：表23 X5045引腳功能CS電路選擇端，低電平有效SO串行數(shù)據(jù)輸出端SI串行數(shù)據(jù)輸入端SCK串行時鐘輸入端寫保護輸入端，低電平有效RESET復(fù)位輸出端VCC電源端VSS接地端本系統(tǒng)采用的看門狗芯片就為X5045。其與89C51單片機的接口如下圖所示：圖26 看門狗與單片機的連接 人機通道設(shè)計人機通道的設(shè)計包括三個部分:鍵盤、溫度顯示電路、報警電路。其中，溫度值及參數(shù)設(shè)定由鍵盤輸入，溫度顯示電路由4位LED顯示器及發(fā)光二級管總成，報警電路由一個驅(qū)動器及蜂鳴器組成。由于報警電路的設(shè)計非常簡單，在此不做贅述。下面具體介紹鍵盤及溫度顯示電路。1鍵盤鍵盤是向系統(tǒng)提供操作人員干預(yù)命令及數(shù)據(jù)的接口設(shè)備，鍵盤可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種類型。本系統(tǒng)采用的是直觀、簡單的獨立式非編碼按鍵，獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根I/O口線，在按鍵數(shù)量較多時，I/O口線浪費較大，故在按鍵數(shù)量不多時常采用這種按鍵電路。具體鍵盤電路圖如下：圖27 鍵盤硬件連接圖2溫度顯示電路動態(tài)掃描顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一。其接口電路是把所有顯示器的8個筆劃段ah同名端連在一起，而每一個顯示器的公共極COM是各自獨立地受I/O線控制，這種顯示方式可以起到節(jié)省系統(tǒng)I/O口的作用，但是CPU的工作量會大大增大。CPU向字段輸出口送出字形碼時，所有顯示器接收到相同的字形碼，但究竟是那個顯示器亮，則取決于COM端，而這一端是由I/O控制的，所以我們就可以自行決定何時顯示哪一位了。而所謂動態(tài)掃描就是指我們采用分時的方法，輪流控制各個顯示器的COM端，使各個顯示器輪流點亮。在輪流點亮掃描過程中，每位顯示器的點亮?xí)r間是極為短暫的（約1ms），但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位顯示器并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感?？紤]到本系統(tǒng)的I/O口有限所以采用了動態(tài)掃描的方法，由于是采用了74LS374和74LS145地址寄存器與數(shù)碼管相連，所以無須再連接限流電阻。具體電路圖如下：圖28 溫度顯示電路圖此電路中，74LS374用于驅(qū)動LED的8位段碼，8位LED相應(yīng)的a—g段連在一起，它們的公共端連至74LS145譯碼器的輸出端。這樣當選通某一位LED時，相應(yīng)的地址線輸出的是低電平，所以這里選用共陰LED數(shù)碼管。3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 程序的總體設(shè)計本次設(shè)計的軟件主要實現(xiàn)的功能為:溫度傳感器測量的溫度信號經(jīng)MAX6675進行信號的放大與A/D轉(zhuǎn)換，把轉(zhuǎn)換好的數(shù)字量輸入單片機，經(jīng)過標度變換、顯示碼處理后將顯示碼送到數(shù)碼管上顯示出來。同時，單片機對輸入的數(shù)字量進行處理，經(jīng)過PID控制算法對溫度進行控制。此外，軟件還應(yīng)該實現(xiàn)按鍵操作，例如設(shè)置參數(shù)的功能。為了能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能，經(jīng)過認真的分析和整理，以及對整體功能進行細化、分配，把系統(tǒng)的程序劃分為以下幾個主要模塊:初始化模塊：通過該模塊來對堆棧、定時器、計數(shù)器、中斷和特殊功能寄存器進行賦值，有關(guān)寄存器的清零，以及計數(shù)器/定時器的初值存放等。按鍵操作模塊：該模塊能夠在系統(tǒng)一上電后就開始對鍵盤進行掃描，一旦在相應(yīng)時刻檢測到有鍵按下，就會相應(yīng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行處理程序，處理完畢后能夠返回主程序。A/D轉(zhuǎn)換模塊：把溫度傳感器測量的溫度信號經(jīng)MAX665轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。標度變換：主要是把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為要顯示的物理量。顯示模塊 ：該模塊應(yīng)能夠把溫度值進行準確顯示，并且能顯示溫度上下限及各種參數(shù)。控制算法模塊：采用PID控制算法對溫度進行控制。 系統(tǒng)程序 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，定時器初始化，看門狗初始化等）、A/D轉(zhuǎn)換，標度變換，鍵盤
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