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正文內(nèi)容

加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(編輯修改稿)

2024-08-03 12:59 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入單片機。因此要進行溫度的檢測,溫度傳感器信號轉(zhuǎn)換設(shè)備必不可少。:圖34溫度檢測原理圖,經(jīng)過溫度補償,再經(jīng)過橋式電路抑制工模干擾。最后經(jīng)過兩級放大器,將熱電偶輸出的毫伏信號放大為可輸入A\D轉(zhuǎn)換的模擬量信號。 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路本設(shè)計采用AD0809作為數(shù)模轉(zhuǎn)換的主芯片。ADC0809是CMOS器件,不僅包括一個8位的逐次逼近型的ADC部分,而且還提供一個8通道的模擬多路開關(guān)和通道尋址邏輯,因而有理由把它作為簡單的“數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”。利用它可直接輸入8個單端的模擬信號分時進行A/D轉(zhuǎn)換,在多點巡回檢測和過程控制、運動控制中應(yīng)用十分廣泛。1) 主要技術(shù)指標(biāo)和特性(1)分辨率: 8位。(2)總的不可調(diào)誤差:177。1LSB。(3)轉(zhuǎn)換時間: 取決于芯片時鐘頻率,如CLK=500kHz時,TCONV=128μs。(4)單一電源: +5V。(5)模擬輸入電壓范圍: 單極性0~5V;雙極性177。5V,177。10V(需外加一定電路)。(6)具有可控三態(tài)輸出緩存器。(7)啟動轉(zhuǎn)換控制為脈沖式(正脈沖),上升沿使所有內(nèi)部寄存器清零,下降沿使A/D轉(zhuǎn)換開始。(8)使用時不需進行零點和滿刻度調(diào)節(jié)。2) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳分別如圖35和圖36所示。內(nèi)部各部分的作用和工作原理在內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖中已一目了然,在此就不再贅述,下面僅對各引腳定義分述如下: 圖35 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖(1)IN0~IN7——8路模擬輸入,通過3根地址譯碼線ADDA、ADDB、ADDC來選通一路。(2)D7~D0——A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出端,為三態(tài)可控輸出,故可直接和微處理器數(shù)據(jù)線連接。8位排列順序是D7為最高位,D0為最低位。(3)ADDA、ADDB、ADDC——模擬通道選擇地址信號,ADDA為低位,ADDC為高位。地址信號與選中通道對應(yīng)關(guān)系如表32所示。(4)VR(+)、VR()——正、負(fù)參考電壓輸入端,用于提供片內(nèi)DAC電阻網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)電壓。在單極性輸入時,VR(+)=5V,VR()=0V;雙極性輸入時,VR(+)、VR()分別接正、負(fù)極性的參考電壓。(5)ALE——地址鎖存允許信號,高電平有效。當(dāng)此信號有效時,A、B、C三位地址信號被鎖存,譯碼選通對應(yīng)模擬通道。在使用時,該信號常和START信號連在一起,以便同時鎖存通道地址和啟動A/D轉(zhuǎn)換。(6)START——A/D轉(zhuǎn)換啟動信號,正脈沖有效。加于該端的脈沖的上升沿使逐次逼近寄存器清零,下降沿開始A/D轉(zhuǎn)換。如正在進行轉(zhuǎn)換時又接到新的啟動脈沖,則原來的轉(zhuǎn)換進程被中止,重新從頭開始轉(zhuǎn)換。(7)EOC——轉(zhuǎn)換結(jié)束信號,高電平有效。該信號在A/D轉(zhuǎn)換過程中為低電平,其余時間為高電平。該信號可作為被CPU查詢的狀態(tài)信號,也可作為對CPU的中斷請求信號。在需要對某個模擬量不斷采樣、轉(zhuǎn)換的情況下,EOC也可作為啟動信號反饋接到START端,但在剛加電時需由外電路第一次啟動。(8)OE——輸出允許信號,高電平有效。當(dāng)微處理器送出該信號時,ADC0809的輸出三態(tài)門被打開,使轉(zhuǎn)換結(jié)果通過數(shù)據(jù)總線被讀走。在中斷工作方式下,該信號往往是CPU發(fā)出的中斷請求響應(yīng)信號。圖36 ADC0809外部引腳圖ADC0809是一個典型的逐次逼近型8位A/D轉(zhuǎn)換器。它由8路模擬開關(guān)、8位A/D轉(zhuǎn)換器、三態(tài)輸出鎖存器及地址鎖存譯碼器等組成。它允許8路模擬量分時輸入,轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量輸出是三態(tài)的(總線型輸出),可以直接與單片機數(shù)據(jù)總線連接。ADC0809采用+5V電源供電,外接工作時鐘。:由于ADC0809無片選端,因此電路增加了或非門74LS02,以便對ADC0809進行讀/寫控制。單片機采用12MHz/s的晶振,ALE輸出2MHz/s時鐘信號,經(jīng)74LS74觸發(fā)器4分頻,得到500KHz的時鐘信號,與ADC0809的時鐘端CLK相連。2. 通道選擇:三位通道選擇端ADDA、ADDB、用數(shù)據(jù)線進行通道選擇,、。3. ADC0809啟動:ADC0809的啟動端START、地址所存端ALE均為高電平有效。將START和ALE連在一起,與74LS02的輸出端相連?;蚍情T74LS02的兩個輸入端/,其輸出為高電平,執(zhí)行外部I/O口的寫操作。4. 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀?。寒?dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時,EOC端輸出高電平??捎貌樵兒椭袛嗟姆椒ㄟM行數(shù)據(jù)讀取處理。輸出允許OE端為高電平,8位轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)D0~D7輸出到數(shù)據(jù)線上。只有 ,OE端才為高電平。執(zhí)行外部I/O口讀操作/ RD為低電平。 5. 轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志EOC端經(jīng)反向器與單片機的/INT1相連,即轉(zhuǎn)換一旦結(jié)束,外部中斷1則申請中斷。圖37 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 控制電路固態(tài)繼電器(Solid State Relay,縮寫SSR),是由微電子電路,分立電子器件,電力電子功率器件組成的無觸點開關(guān)。用隔離器件實現(xiàn)了控制端與負(fù)載端的隔離。固態(tài)繼電器的輸入端用微小的控制信號,達到直接驅(qū)動大電流負(fù)載。 固態(tài)繼電器由三部分組成:輸入電路,隔離(耦合)和輸出電路。(1)輸入電路按輸入電壓的不同類別,輸入電路可分為直流輸入電路,交流輸入電路和交直流輸入電路三種。(2)隔離(耦合)固態(tài)繼電器的輸入與輸出電路的隔離和耦合方式有光電耦合和變壓器耦合兩種。 (3) 輸出電路SSR的功率開關(guān)直接接入電源與負(fù)載端,實現(xiàn)對負(fù)載電源的通斷切換。主要使用有大功率晶體三極管(開關(guān)管Transistor),單向可控硅(Thyristor或SCR),雙向可控硅(Triac),功率場效應(yīng)管(MOSFET),絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)。 固態(tài)繼電器SSR40DA是由固態(tài)元件組成的無觸點開關(guān),具有工作安全可靠、壽命長、無觸點、無火花、無污染、高絕緣、高耐壓()、低觸發(fā)電流、開關(guān)速度快、可與數(shù)字電路巨配,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、抗震動等性能。 固態(tài)繼電器內(nèi)部采用電壓過零時開啟,負(fù)載過零時關(guān)斷的特性,在負(fù)載上可以得到一個完整的正弦波形。因此電路的射頻干擾很小,可降低感性負(fù)載(如風(fēng)扇、三相電動機等)的反電動勢以及驅(qū)動阻性負(fù)載(如白熾燈、發(fā)熱絲等)時可顯著降低浪涌電流等優(yōu)點,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖38所示。過零控制電路吸收電路開關(guān)電路觸發(fā)電路輸出光電耦合電路輸入圖38 SSR40DA內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖用于在閉環(huán)控制系統(tǒng)中對被控對象實施控制,被控對象為加熱爐,采用對加在電熱杯兩端的電壓進行通斷的方法進行控制,以實現(xiàn)對水加熱功率的調(diào)整,從而達到對水溫控制的目的。對電爐絲通斷的控制采用SSR40DA固態(tài)繼電器。它的使用非常簡單,只要在控制端TTL電平,即可實現(xiàn)對繼電器的開關(guān)。當(dāng)單片機RXD 、TXD口線輸出驅(qū)動信號,經(jīng)反相器后輸入固態(tài)繼電器。單片機輸出為高電平時,固態(tài)繼電器的主觸點打開,電源為熱阻絲供電,開始加熱。當(dāng)單片機RXD、TXD口線輸出為高電平時,固態(tài)繼電器主觸點斷開,系統(tǒng)加熱停止。圖39溫度控制電路 鍵盤顯示電路 鍵盤電路鍵盤是向系統(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)采用的是簡單的獨立式非編碼按鍵。獨立式鍵盤是指直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路。每個獨立式按鍵單獨占有一根I/O口線,每根I/O口線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他I/O口線的工作狀態(tài)。通常的按鍵都是低電平有效。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,由于我所做的設(shè)計按鍵數(shù)量少,因此可以選用此按鍵結(jié)構(gòu)。鍵盤顯示電路如圖310所示設(shè)定部分主要是鍵盤輸入,—。它由16個按鍵構(gòu)成,直接與單片機I/O口相連。S1鍵為確定鍵;S2鍵為運行鍵;S3鍵為溫度的上限調(diào)整鍵;S4鍵為溫度的下限調(diào)整鍵;S5鍵為1號爐鍵;S6鍵為2號爐鍵;09鍵為數(shù)字鍵。 LED顯示電路本設(shè)計采用了74LS164芯片。74LS164是高速硅門 CMOS 器件,與低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引腳兼容。74LS164 是 8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器,串行輸入數(shù)據(jù),然后并行輸出。數(shù)據(jù)通過兩個輸入端(DSA 或 DSB)之一串行輸入;任一輸入端可以用作高電平使能端,控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個輸入端或者連接在一起,或者把不用的輸入端接高電平,一定不要懸空。時鐘 (CP) 每次由低變高時,數(shù)據(jù)右移一位,輸入到 Q0, Q0 是兩個數(shù)據(jù)輸入端(DSA 和 DSB)的邏輯與,它將上升時鐘沿之前保持一個建立時間的長度。圖310 鍵盤電路主復(fù)位 (MR) 輸入端上的一個低電平將使其它所有輸入端都無效,同時非同步地清除寄存器,強制所有的輸出為低電平。圖311 74LS164外部引腳圖引腳說明:DSA、DSB:數(shù)據(jù)輸入。Q0~Q7:輸出端。GND: 接地 (0 V)。VCC: 正電源。CP:時鐘輸入(低電平有效)。/M/R:中央復(fù)位輸入(低電平到高電平邊沿觸發(fā))。1. 數(shù)碼管的結(jié)構(gòu):LED顯示器(數(shù)碼管)系發(fā)光器件的一種。常用的LED發(fā)光器件有兩類:數(shù)碼管和點陣。數(shù)碼管內(nèi)部由七個條形發(fā)光二級管和一個小圓點發(fā)光二極管組成,根據(jù)各管的兩岸組合成字符。常見數(shù)碼管有10根管腳。管腳排列如下圖所示。其中COM為公共端,根據(jù)內(nèi)部發(fā)光二極管的接線形式可分為共陰極和共陽極兩種。使用時,共陰極數(shù)碼管公共端接地,共陽極數(shù)碼管公共端接電源。每段發(fā)光二極管需5—10mA的驅(qū)動電流才能正常發(fā)光,一般需要加限流電阻控制電流的大小。2. 靜態(tài)現(xiàn)實:靜態(tài)現(xiàn)實就是單片機將所要顯示的數(shù)據(jù)送出去后,數(shù)碼管始終顯示該數(shù)據(jù)不變,到下一次顯示時,再傳送一次新的顯示數(shù)據(jù)。靜態(tài)顯示的接口電路采用一個并行口接一個數(shù)碼管,數(shù)碼管的公共端按共陰極或共陽極分別接地或者接Vcc。:為了解決靜態(tài)顯示1/0口占用過多的問題,可采用串行接口擴展LED數(shù)碼管的技術(shù)。利用串入移位寄存器74LS164可以實現(xiàn)串行接口的擴展。本設(shè)計采用了74LS164
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