【文章內(nèi)容簡介】 貴州大學課題設計 第 5 頁 或自由端；溫度低的接點為冷端、參考端或自由端。測量時，將工作端置于被測溫度場中，自由端恒定在某一溫度。熱電偶是基于熱電效應工作的，熱電效應產(chǎn)生的熱電勢是由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成的。 (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，經(jīng)過低噪聲電壓放大器 A1和電壓跟隨器 A2 放大、緩沖后，得到熱電勢信號U1，再經(jīng)過 S4 送至 ADC。對于 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） （ 11） 上式中， U1 為熱電偶輸出電壓（ mV）， T 是測量點溫度； T0 是周圍溫度。 在將溫度電壓值轉(zhuǎn)換為相應的溫度值之前，對熱電偶的冷端溫度進行補償，冷端溫度即是 MAX6675 周圍溫度與 0℃ 實際參考值之間的差值。通過冷端溫度補償二極管，產(chǎn)生補償電壓 U2經(jīng) S4 輸入 ADC 轉(zhuǎn)換器。 U2=（ 41μV/ ℃ ） T0 （ 22） 在數(shù)字控制器的控制下， ADC 首先將 U U2 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)就代表測量點的實際溫度值 T。這就是 MAX6675 進行冷端溫度補償和測量溫度的原理 如圖 23所示 。 圖 23 溫度傳感器 系統(tǒng)電路 貴州大學課題設計 第 6 頁 溫度控制系統(tǒng) 在溫度控制系統(tǒng)中選擇了固態(tài)繼電器。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。用隔離器件實現(xiàn)了 控制端與負載的隔離， 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 負載。 圖 24 溫度控制 系統(tǒng)電路 鍵盤模塊 在本次設計當中，輸入設備采用 4*4 矩陣鍵盤。當“設定”鍵按下時觸發(fā)鍵盤中斷服務程序，由程序程控掃描法確定那個鍵按下并執(zhí)行相應的動作。程控掃描的任務是： (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。 （ 2） 去除鍵抖動。 方法：延時 10— 20 ms，再一次判斷有無鍵按下，如果此時仍有鍵按下，則認為鍵盤上確實有鍵處于穩(wěn)定閉合期。 （ 3）若有鍵閉合，則求出閉合鍵的鍵值。 方法：對鍵盤逐行掃描。 （ 4）程序中需等閉合鍵釋放后才對其進行處理。 貴州大學課題設計 第 7 頁 圖 LED 顯示模塊 8 段 LED 顯示屏是最常用的顯示器件，分為共陽極和共陰極兩種形式。共陽極 LED 將所有發(fā)光二極管的陽極接在一起作為公共端，當公共端接高電平，某一段的發(fā)光二極管陰極接低電平時，相應的字段就被點亮。共陰極 LED 將所有發(fā)光二極管的陰極接在一起作為公共端，當公共端接低電平，某一段的發(fā)光二極管陽極接高電平時，相應的字段就被點亮。 LED 數(shù)碼管的顯示方法 動態(tài)顯示：動態(tài)掃描，分時循環(huán) 靜態(tài)顯示：一次輸出，結(jié)果保持 (1)動態(tài)顯示 動態(tài)顯示，就是微型機定時地對顯示器件掃描，在這種方法中，顯示器件分時工作，每次只能一個器件顯示。但 由于人視覺的暫留現(xiàn)象，所以，仍感覺所有的器件都在顯示。 (2)靜態(tài)顯示 靜態(tài)顯示，是由微型機一次輸出顯示后，就能保持該顯示結(jié)果，直到下次送新的顯示模型為止。這種顯示占用機時少，顯示可靠。 通過比較及對程序的分析，本設計當中三組數(shù)碼管均采用了共陰極靜態(tài)顯示。 貴州大學課題設計 第 8 頁 圖 26 LED顯示系統(tǒng)電路 74LS164 介紹 74LS164 串行輸入并行輸出移位寄存器 本設計是用 74LS164 把輸入的串行數(shù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)輸出。 圖 26 74LS164引腳圖 其引腳圖如圖 26 所示，功能如下： A、 B：串行輸入端 ； QA~QB：并行輸出端 ； ：清零端，低電平有效 ； CLK ：時鐘脈沖輸入端，上升沿有效。 貴州大學課題設計 第 9 頁 第 3章 軟件設計 系統(tǒng)軟件設計 控制系統(tǒng)的軟件主要包括：溫度的采樣和處理 、控制計算、控制輸出、中斷、顯示、調(diào)節(jié)參數(shù)修改、溫度設定及修改。其中控制算法采用最小拍無紋波控制算法，以達到更好的控制效果。 考慮到電加熱爐是一個非線性、時變和分布參數(shù)系統(tǒng)，所以本文采用一種新型的智能控制算法。它充分吸取數(shù)學和自動控制理論成果，與定性知識相結(jié)合，做到取長補短，在實時控制中取得較好的成果。其中，系統(tǒng)的軟件流程圖如圖 。 圖 系統(tǒng)軟件流程圖 貴州大學課題設計 第 10 頁 基于大 林算法的 電加熱爐溫度控制 的相關計算 大 林 算法中 D(z)的基本形式 設被控對象為帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)或二階慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)分別為： （ 21） （ 22） 其中 為被控對象的時間常數(shù)， 為被控對象的純延遲時間，為了簡化，設其為采樣周期的整數(shù)倍，即 N為正整數(shù)。 由于大林算法的設計目標是使整個閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相當于一個帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，即 ，其中 由于一般控制對象均與一個零階保持器相串聯(lián)，所以相應的整個閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)是 （ 23） 于是數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)為 （ 24） D(z)可由計算機程序?qū)崿F(xiàn)。由上式可知，它與被控對象有關。下面分別對一階或二階純滯后環(huán)節(jié)進行討論。 一階慣性環(huán)節(jié)的大林算法的 D(z)基本形式 當被控對象是帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)時 ，由式（ 21）的傳遞函數(shù)可知，其脈沖傳遞函數(shù)為 ： 貴州大學課題設計 第 11 頁 將此式代入（ 24），可得 （ 25） 式中： T—— 采樣周期： ——— 被控對象的時間常數(shù)； ——— 閉環(huán)系統(tǒng)的時間常數(shù)。 二階慣性環(huán)節(jié) 大 林算法的 D(z)基本形式 當被控對象為帶有純滯后的二階慣性環(huán)節(jié)時，由式（ 21）的傳遞函數(shù)可知，其脈沖傳遞函數(shù)為 其中， 將式 G(z)代入式（ 23）即可求出數(shù)字控制器的模型： （ 26）