基于大林算法的電加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-24 20:10 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 制比較復(fù)雜，傳統(tǒng)的加熱爐電氣 控制系統(tǒng)普遍采用繼電器控制技術(shù)，由于采用固定接線的硬件實(shí)現(xiàn)邏輯控制，使 控制系統(tǒng)的體積增大，耗電多，效率不高且易出故障，不能保證正常的工業(yè)生產(chǎn)。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)繼電器控制技術(shù)必然被基于計(jì)算機(jī)技術(shù)而產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)所取代。 技術(shù)綜述自 70 年代以來，由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化自適應(yīng)參數(shù)自整定等方面取得成果。在這方面以日本、美國、德國、瑞典等國技術(shù)領(lǐng)先，并且都生產(chǎn)出了一批商品化的性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1 系統(tǒng)概述本設(shè)計(jì)在硬件部分選擇了單片機(jī)的 AT80C51 芯片為核心控制部分，輸出為K 型熱電偶傳感器，檢測(cè)溫度后傳回單片機(jī)系統(tǒng)，最后經(jīng)過溫度控制系統(tǒng)，從而加熱電阻，來達(dá)到控制電加熱爐的目的。2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖電加熱爐控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 長(zhǎng)春大學(xué)3LED顯示驅(qū)動(dòng)模塊熱電偶傳感器AT80C51電加熱爐鍵盤 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖加熱爐 溫度控制實(shí)現(xiàn)過程是:首先溫度傳感器將加熱爐的溫度傳回單片機(jī)，然后 AT80C51 芯片將給定的溫度值與反饋回來的溫度值進(jìn)行比較并經(jīng)過最小拍無紋波算法運(yùn)算處理后，傳給溫度控制系統(tǒng)，判斷加熱器材輸出端導(dǎo)通與否從而使加熱爐開始加熱或停止加熱。既加熱爐 溫度控制得到實(shí)現(xiàn)。其中單片機(jī)的80C51 系統(tǒng)為加熱爐 溫度控制系統(tǒng)的核心部分起著重要作用。 長(zhǎng)春大學(xué)4三、 硬件設(shè)計(jì)1 微處理器 80C51本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的單片機(jī)采用 80C51 或其兼容系列芯片，采用 24MHZ 或更高頻率晶振，以獲得較高的刷新頻率，時(shí)期顯示更穩(wěn)定。 單片機(jī)芯片引腳圖 長(zhǎng)春大學(xué)52 溫度傳感器 在溫度傳感器部分，選擇了 K 型熱電偶傳感器。(1) K 型熱電偶的測(cè)溫原理熱電傳感器是利用轉(zhuǎn)換元件的參數(shù)隨溫度變化的特性，將溫度和與溫度有關(guān)的參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電量變化輸出的裝置。兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路就構(gòu)成了熱電偶，熱電偶兩端為兩個(gè)熱電極，溫度高的接點(diǎn)為熱端、測(cè)量端或自由端；溫度低的接點(diǎn)為冷端、參考端或自由端。測(cè)量時(shí)，將工作端置于被測(cè)溫度場(chǎng)中，自由端恒定在某一溫度。熱電偶是基于熱電效應(yīng)工作的，熱電效應(yīng)產(chǎn)生的熱電勢(shì)是由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成的。(2) MAX6675 單片熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換器。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。對(duì)于 K 型熱電偶，電壓變化率為（41μV/℃），電壓可由如下公式來近似熱電偶的特性。U1=（41μV/℃）（TT0） 上式中，U1 為熱電偶輸出電壓（mV），T 是測(cè)量點(diǎn)溫度；T0 是周圍溫度。 在將溫度電壓值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的溫度值之前，對(duì)熱電偶的冷端溫度進(jìn)行補(bǔ)償，冷端溫度即是 MAX6675 周圍溫度與 0℃實(shí)際參考值之間的差值。通過冷端溫度補(bǔ)償二極管，產(chǎn)生補(bǔ)償電壓 U2 經(jīng) S4 輸入 ADC 轉(zhuǎn)換器。U2=（41μV/℃）T0 在數(shù)字控制器的控制下，ADC 首先將 UU2 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，即獲得輸出電壓 U0 的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)就代表測(cè)量點(diǎn)的實(shí)際溫度值 T。這就是 MAX6675 進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償和測(cè)量溫度的原理如圖 32 所示。 溫度采集電路 長(zhǎng)春大學(xué)63 驅(qū)動(dòng)電路 驅(qū)動(dòng)電路4 鍵盤模塊在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中，輸入設(shè)備采用矩陣鍵盤：圖 34 鍵盤模塊電路當(dāng)“設(shè)定”鍵按下時(shí)觸發(fā)鍵盤中斷服務(wù)程序，由程序程控掃描法確定那個(gè)鍵按下并執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。程控掃描的任務(wù)是：(1)首先判斷是否有鍵按下。方法：使所有的行輸出均為低電平，然后從端口 A 讀入列值。如果沒有鍵按下，則讀人值為 FFH．如果有鏈按下．則不為 FFH。 長(zhǎng)春大學(xué)7（2）去除鍵抖動(dòng)。方法：延時(shí) 10—20 ms，再一次判斷有無鍵按下，如果此時(shí)仍有鍵按下，則認(rèn)為鍵盤上確實(shí)有鍵處于穩(wěn)定閉合期。（3）若有鍵閉合，則求出閉合鍵的鍵值。方法：對(duì)鍵盤逐行掃描。（4）程序中需等閉合鍵釋放后才對(duì)其進(jìn)行處理。5 LED 顯示模塊圖 35 LM016L 液晶模塊LM016L 液晶模塊采用 HD44780 控制器。 HD44780 具有簡(jiǎn)單而功能較強(qiáng)的指令集，可以實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)、閃爍等功能。LM016L 與單片機(jī) MCU（Microcontroller Unit）通訊可采用 8 位或者 4 位并行傳輸兩種方式。 HD44780 控制器由兩個(gè) 8 位寄存器、指令寄存器（ IR）和數(shù)據(jù)寄存器（DR）、忙標(biāo)志（BF）、顯示數(shù)據(jù) RAM（DDRAM）、字符發(fā)生器 ROM（CGROM）、字符發(fā)生器 RAM（CGRAM）、地址計(jì)數(shù)器（ AC）。IR 用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出；DR 用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動(dòng)寫入 DDRAM 和 CGRAM，或者暫存從 DDRAM 和 CGRAM 讀出的數(shù)據(jù)。BF 為 1 時(shí)，液晶模塊處于內(nèi)部處理模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)。 DDRAM 用來存儲(chǔ)顯示的字符，能存儲(chǔ) 80 個(gè)字符碼。 CGROM 由 8 位字符碼生成 5*7 點(diǎn)陣字符 160 種和 5*10 點(diǎn)陣字符 32 種，8 位字符編碼和字符的應(yīng)關(guān)系。
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