課程設(shè)計--基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng)-wenkub.com
2025-05-31 16:24 本頁面
【正文】 通過設(shè)計，使我理解并掌握了單片機(jī)控制系統(tǒng) I/O 接口的擴(kuò)展方法，模擬量輸入 /輸出通道 的設(shè)計，控制程序的設(shè)計方法，以及數(shù)字控制器的設(shè)計方法。大林算法是針對工業(yè)生產(chǎn)過程中含有純滯后環(huán)節(jié)控制對象的控制算法，它具有良好的效果。利用飛升曲線法可以求出 K，θ，τ，在本設(shè)計中取參考經(jīng)驗值 K=4，τ =80s,θ=1min。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。一個控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接口。 （如圖 9 所示） 圖 7 串行口擴(kuò)展的鍵盤、顯示器接口電路 圖 8 報警電路圖 圖 9 溫度控制系統(tǒng)原理圖 通常，電阻爐爐溫控制都采用偏差控制法 [14]。 REN=0，禁止接收； REN=1，允許接收，當(dāng)軟件置 REN 為“ 1”時，即開始從 TXD 端輸入數(shù)據(jù)，當(dāng)接收到 8位數(shù)據(jù)時，置中斷標(biāo)志 R1 為“ 1”。鍵盤中，每擴(kuò)展一根行線，可增加 8個按鍵 ，圖中 通過“與”門控制 74LS164 的 CK 端， 通過“與”門控制 74LS164 的 CLR 端， 用于判斷鍵值信號。串行口靜態(tài) 驅(qū)動方式的 LED 顯示電路原理如圖 7所示。兩種方法都可使用并行口或串行口控制 [13]。目前常用的數(shù)碼管是八段的，八段 LED 數(shù)碼管有共陰極和共陽極之分。 圖 6 電阻爐溫度控制 電路 鍵盤顯示接口： 8031 的串行口既可作為通信用，也可以用于擴(kuò)展鍵盤、顯示器接口 [10]，串行口采用靜態(tài)顯示方式。 過零脈沖信號是由過零脈沖信號發(fā)生器得到的。為了達(dá)到過零觸發(fā)的目的，需要交流電過零檢測電路，此電路輸出對應(yīng) 50Hz 交流電壓過零時刻的脈沖，作為觸發(fā)雙向可控硅的同步脈沖，使可控硅在交流電壓過零時導(dǎo)通。在給定周期 T內(nèi)， 8031 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(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。當(dāng) 和 RD 均為低電平，經(jīng)或非門使 DE 出現(xiàn)高電平，這 時可以從 A/D 轉(zhuǎn)換器讀取數(shù)據(jù)。 ADC0809 是帶有8位 A/D 轉(zhuǎn)換器， 8 路多路開關(guān)以及微型計算機(jī)兼容的控制邏輯的 CMOS 組件，其轉(zhuǎn)換方法為逐次逼近型。電流電壓變送器將 0— 10mA 電流信號轉(zhuǎn)變成為 0— 5V 的電壓信號。 控制單元：采用雙向可控硅進(jìn)行控制，其功能相當(dāng)于兩個單向可控硅反向連接，具有雙向?qū)üδ?，其通斷狀態(tài)由控制極 G決定。本題選用熱電偶類別鎳鉻－康銅代號 WRK 分度號 E，測量范圍 0－ 800℃，基本誤差限177。 系統(tǒng)元器件的選擇 傳感器的選擇：常用的溫度檢測元件主要有熱電偶、熱電阻、熱敏電阻等。剩余 8 個引腳分別為：電源、地線、接石英晶體（兩根）、復(fù)位和三個特殊功能引 腳（ ALE、 EA、 PSEN）。強(qiáng)制 CPU 從 外部程序存儲器讀取程序。這樣做的話，使用的芯片少，從而接線簡單，芯片存儲容量大，程序調(diào)整余量也大。 8031 內(nèi)部包括 1 個 8位 CPU,21個特殊功能寄存器 (SFR)4個 8位并行 I/O口 ,2個 16位定時器 /計數(shù)器 ,但片內(nèi)無程序存儲器 ,須外擴(kuò) EPROM 芯片。計算機(jī)定時對爐溫進(jìn)行測量和控制一次，爐內(nèi)溫度是由一鉑電阻溫度計來進(jìn)行測量，其信號經(jīng)放大送到模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，換算成相應(yīng)的數(shù)字量后，再送入計算機(jī)中進(jìn)行判別和運(yùn)算，得到應(yīng)有的電功率數(shù)， 經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成模擬量信號，供給可控硅功率調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其達(dá)到爐溫變化曲線的要求。加工結(jié)束，要進(jìn)行降溫控制。 系統(tǒng)可以實現(xiàn)的基本功能： 微機(jī)自動調(diào)節(jié)功能：正常工作狀態(tài)下，系統(tǒng)投入自動控制。電阻加熱爐系統(tǒng)模型如圖 1所示。 電阻爐的溫度控制范圍為： 50— 200℃，這就涉及到測溫元件、電爐功率的選擇，控制精度、超調(diào)量等指標(biāo)，涉及到 A/D 轉(zhuǎn)換精度、控制規(guī)律選擇等。學(xué)院 課程設(shè)計報告書 課程名稱： 單片機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計 題 目： 基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng) 系 （院）： 學(xué) 期： 專業(yè)班級： 姓 名： 學(xué) 號： 評語： 成績： 簽名： 日期： 溫度是工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一，例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加 熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測和控制。 1. 在學(xué)習(xí)微 機(jī)原理、單片機(jī)原理及應(yīng)用、計算機(jī)控制技術(shù)、控制理論與系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，掌握單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計方法與步驟； 2. 了解單片機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)造的特點(diǎn)、組成和接口電路； 3. 掌握單片機(jī)軟硬件結(jié)合設(shè)計整個系統(tǒng)的原理。 圖 1 電阻加熱爐系統(tǒng)模型
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