基于數(shù)字pid電熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-wenkub.com
2025-06-15 18:03 本頁面
【正文】 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案有多種，上述方案是從多種方案中選出的最優(yōu)方案，其具有功能強(qiáng)、成本低、元件少、精度高、可靠性好、穩(wěn)定性高、抗干擾性強(qiáng)、執(zhí)行速度快、簡單易行、具有實(shí)效性、使用范圍廣等特點(diǎn)，故具有推廣價(jià)值。系統(tǒng)用PID控制算法實(shí)現(xiàn)溫度控制，可以使系統(tǒng)的精度達(dá)到177。具體操作如下：長按設(shè)定按鍵即可進(jìn)入設(shè)定狀態(tài)，第一次長按設(shè)定按鍵(3s左右），進(jìn)入溫度上限值設(shè)定，同時(shí)溫度上限指示等亮，此時(shí)按“+”、“—”鍵便可對(duì)溫度上限值進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定好數(shù)值后按退出鍵，系統(tǒng)退出設(shè)置模式，LED顯示器顯示加熱爐溫度值。在控制面板上，可以清楚的看到有一個(gè)4位的數(shù)碼管顯示器，鍵盤上一共有四個(gè)按鍵，分別是設(shè)“+”、“—”、“設(shè)置”、“退出”，還設(shè)有四個(gè)工作指示燈，分別為：溫度上限值、溫度下限值、溫度值及參數(shù)值。本次設(shè)計(jì)的PID控制參數(shù)選用經(jīng)驗(yàn)法的一種—優(yōu)選法進(jìn)行確定，具體做法為：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，先把其他參數(shù)固定，待選出最佳參數(shù)后，再換另一個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，直到把所有的參數(shù)優(yōu)選完畢為止。常用的方法有擴(kuò)充臨界比例度整定法和擴(kuò)充響應(yīng)曲線法兩種。因此，從控制性能來考慮，采樣周期越短越好。由于微機(jī)控制系統(tǒng)是一種時(shí)間離散控制系統(tǒng)，故必須把微分方程離散化為差分方程，最終寫出遞推公式才能直接應(yīng)用。PID調(diào)節(jié)規(guī)律是連續(xù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)校正的一種有效方法，它的參數(shù)整定方式簡便，結(jié)構(gòu)改變靈活。則 Ax=（）（Nx0）/4095 +0 Ax=*Nx/4095 顯示處理本系統(tǒng)的顯示主要包括四位LED數(shù)碼管及其4個(gè)發(fā)光二極管，DPX為顯示指針，當(dāng)DPX=1時(shí)，顯示工作狀態(tài)下加熱爐的溫度值，當(dāng)DPX=0時(shí)，顯示設(shè)置狀態(tài)的參數(shù)值，顯示控制流程圖如下：YNNNNYNYN返回參數(shù)燈亮溫度上限燈亮溫度下限燈亮是設(shè)置參數(shù)嗎？是設(shè)置溫度上限嗎？是設(shè)置溫度下限嗎？設(shè)置小數(shù)點(diǎn)位返回設(shè)置小數(shù)點(diǎn)位進(jìn)行消隱處理進(jìn)行消隱處理送顯示緩沖區(qū)送顯示緩沖區(qū)轉(zhuǎn)換為獨(dú)立BCD碼將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制BCD碼轉(zhuǎn)換為獨(dú)立BCD碼將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制BCD碼YNN判斷顯示指針DPX=1?取需修改的二進(jìn)制參數(shù)值取二進(jìn)制溫度值圖33 顯示流程圖 定時(shí)中斷子程序設(shè)置為工作模式時(shí)，定時(shí)計(jì)數(shù)器89C51片內(nèi)振蕩器輸出的經(jīng)12分頻后的脈沖，即每個(gè)機(jī)器周期使定時(shí)器的數(shù)值加1直至計(jì)數(shù)溢滿。本系統(tǒng)正適合這種標(biāo)度變換?？刂扑惴K：采用PID控制算法對(duì)溫度進(jìn)行控制。按鍵操作模塊：該模塊能夠在系統(tǒng)一上電后就開始對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，一旦在相應(yīng)時(shí)刻檢測到有鍵按下，就會(huì)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。3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 程序的總體設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的軟件主要實(shí)現(xiàn)的功能為:溫度傳感器測量的溫度信號(hào)經(jīng)MAX6675進(jìn)行信號(hào)的放大與A/D轉(zhuǎn)換，把轉(zhuǎn)換好的數(shù)字量輸入單片機(jī)，經(jīng)過標(biāo)度變換、顯示碼處理后將顯示碼送到數(shù)碼管上顯示出來。在輪流點(diǎn)亮掃描過程中，每位顯示器的點(diǎn)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(shí)際上各位顯示器并非同時(shí)點(diǎn)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(huì)有閃爍感。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(dòng)態(tài)掃描顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一。由于報(bào)警電路的設(shè)計(jì)非常簡單，在此不做贅述。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(chǔ)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。在過零同步脈沖同步后經(jīng)驅(qū)動(dòng)器7407和光電耦合器MOC3021輸出送到可控硅的控制極上。如圖24所示：圖244 溫度控制電路原理圖89C51單片機(jī)對(duì)溫度的控制是通過雙向可控硅實(shí)現(xiàn)的。我為本系統(tǒng)選擇的雙向可控硅型號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)型BTA24，其規(guī)格為：型號(hào):標(biāo)準(zhǔn)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。1 加熱原件的選擇本次設(shè)計(jì)的加熱爐為電阻爐，因此采用高性能的加熱電阻作為加熱原件。 D12—D3為12位數(shù)據(jù)，其最小值為0，對(duì)應(yīng)的溫度值為0℃，最大值為4095，℃，由于MAX6675內(nèi)部經(jīng)過激光矯正，因此其轉(zhuǎn)換結(jié)果與對(duì)應(yīng)溫度值有很好的線性關(guān)系，溫度值與數(shù)字量的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：溫度值=轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量/40953 溫度測量電路原理圖以上我們將溫度傳感器及其信號(hào)放大器選擇完畢，下面我們要把選擇好的鎳鉻—鎳硅溫度傳感器及其信號(hào)放大器MAX6675與89C51單片機(jī)進(jìn)行連接，組成溫度測量電路。圖22 MAX6675內(nèi)部原理圖MAX6675采用標(biāo)準(zhǔn)的SPI串行外設(shè)總線與單片機(jī)接口。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。主要包括：低噪聲電壓放大器A電壓跟隨器A冷端溫度補(bǔ)償二極管、基準(zhǔn)電壓源、12位AD轉(zhuǎn)換器、SPI串行接口、模擬開關(guān)及數(shù)字控制器。MAX6675的內(nèi)部由精密運(yùn)算放大器、基準(zhǔn)電源、冷端補(bǔ)償二極管、模擬開關(guān)、數(shù)字控制器及ADC電路構(gòu)成，完成熱電偶微弱信號(hào)的放大、冷端補(bǔ)償和A／D
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