課程設(shè)計--基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng)(參考版)
2025-06-08 16:24本頁面
【正文】 相信在以后的課程設(shè)計和工作中，我能夠熟練運(yùn)用學(xué)到的這些設(shè)計方法，為我將來的工作打下了良好的基礎(chǔ)。在設(shè)計過程中 對硬件原理圖和程序框圖作了描述， 文中對每個部分功能、實(shí)現(xiàn)過程作了詳細(xì)介紹。 溫度控制程序的設(shè)計應(yīng)考慮如下： (1)鍵盤掃描、鍵碼識別和溫度顯示； (2)爐溫采樣、數(shù)字濾波； (3)數(shù)據(jù)處理； (4)越限報警和處理； (5)PID 計算、溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換。對于這樣的系統(tǒng)用 PID 算法效果欠佳?？紤]到被控對象模型的不精確性和其參數(shù)隨時間的漂移以及系統(tǒng)要求超調(diào)量小而允許調(diào)節(jié)過程較長，故采用 Dahlin 算法。τ為慣性時間， K 為放大系數(shù)。 要實(shí)現(xiàn)對電阻爐的自動控制，首先要測得電 爐的數(shù)學(xué)模型 [15]。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。控制器的輸出經(jīng)過輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。自動控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。偏差控制的原理是先求出實(shí)測爐溫對所需爐溫的偏差值，然后對偏差值處理獲得控制信號去調(diào)節(jié)電阻爐的加熱功率，以實(shí)現(xiàn)對爐溫的控制。報警電路如圖 8所示。 報警電路：正常運(yùn)行時綠燈亮，在保溫階段爐內(nèi)溫度超出系統(tǒng)允許誤差范圍，就要進(jìn)行報警 。發(fā)送時串行口把 8位數(shù)據(jù)從 TXD 端送出，接受時， REN 是串行口接收器允許接收控制位。設(shè)定其工作在方式 0 下，串行口作同步移位寄存器用。 圖 7 為串行口擴(kuò)展的鍵盤、顯示器接口電路。與串行鍵盤輸入類似，可以使用 74LS164 串行輸入并行輸出的 8位移位寄存器作為數(shù)碼管的段選通端，每一片 LED數(shù)碼管用一片 74LS164,LED 數(shù)碼管的公共陰極連在一起并接低電平。這種方法用于顯示位數(shù)較少，顯示亮度較高場合時效果較好。 本文的 LED 數(shù)碼管顯示采用串行口靜態(tài)顯示，使 8031 的串行口可以工作于移位寄存器方式，用來驅(qū)動 LED 靜態(tài)顯示器。靜態(tài)顯示法則克服這個缺陷，它能保持原顯示內(nèi)容，直到更改時才顯示新的內(nèi)容，但它所用的硬件較多。對多個八段 LED 數(shù)碼管的接口方法主要有兩種：動態(tài)驅(qū)動法和靜態(tài)驅(qū)動法。在一般情況下，可以使用多個數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)。所謂靜態(tài)顯示 ,即 CPU 輸出顯示值后，由硬件保存輸出值，保持顯示結(jié)果。此脈沖一路作為觸發(fā)同步脈沖加到溫控電路，一路作為計數(shù)脈沖加到單片機(jī)8031 的 端。從市電回路得到的 220V、50Hz 的正弦波電壓信號經(jīng)過圖 6 中電壓比較器 LM311將 50Hz 正弦交流電壓變成方波。其優(yōu)點(diǎn)主要是為了提高功率因數(shù)和減少對電網(wǎng)的波動影響。 從 引腳輸出的控制信號和過零脈沖信號經(jīng)過與非門后控制著雙向晶閘管在一個周期內(nèi)的通斷比例（即占空比），進(jìn)而控制電阻絲的加熱功率，以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。 對于這 樣的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，單片機(jī)只要輸出能控制可控硅通斷電時間的脈沖信號就可以了，因此可用一條 I/O 線與可控硅的控制端相連接，并通過程序?qū)崿F(xiàn)輸出導(dǎo)通脈沖的寬度和導(dǎo)通時間 [9]?？煽毓杞油〞r間可以通過可控硅控制極上觸發(fā)脈沖控制。如圖 6 所示，雙向可控硅管和加熱絲串接在交流 220V、 50Hz 市電回路。 ADC0809 的 A、 B、 C分別接到單片機(jī)的 、 、 引腳上。 圖 5 8031與 ADC0809的接口電路 如圖 5 所示，當(dāng) 和 WR 信號均為低電平時，通過或非門，輸出一個正脈沖，使啟動信號 START 及地址鎖存信號 ALE 有效，將地址送到地址總線。 8 路的 模擬開關(guān)由地址鎖存器和譯碼器控制，可以在 8個通道中任意訪問一個通道的模擬信號。本設(shè)計采用一般中速芯片 ADC0809。 XTR101 在電路中的作用還有對熱電偶進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償 ,并起到抑制零點(diǎn)漂移的作用。由于熱電偶輸出的電壓信號小而且很不穩(wěn)定，需要連接變送器，先由毫伏變送器 XTR101將熱電偶輸出的毫伏電壓轉(zhuǎn)變成為 0— 10mA的電流信號。在控制極加上脈沖可使其正向或反向?qū)ā? 變送器的選擇：因為系統(tǒng)要求有偏置，又需要對熱電偶進(jìn)行冷端補(bǔ)償，所以采用常規(guī)的溫度變送器包括毫伏安變送器和電流電壓變送器，毫伏安變送器將熱電偶檢測的溫度變?yōu)?0— 10mA，電流電壓變送器將 0— 10mA 的電流變?yōu)?0— 5V的電壓送 A/D 轉(zhuǎn)換器。 %。但其輸出電壓受冷端溫度影響，需要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償。熱電偶主要是利用兩種不同金屬的熱電效應(yīng)，產(chǎn)生接觸電勢隨溫度變化而變化，從而達(dá)到測溫的目的。在應(yīng)用中， PO 口和 P2 口一般用于擴(kuò)展存儲器； P3 口的 WR 和RD 配合擴(kuò)展存儲器使用；只有 P1腳可以全部獨(dú)立使用。各引腳功能： 4 個 I／ O 口分別為 P P P P4。 圖 4 8031引腳圖 8031 是一個 40 引腳的集成電路，引腳如圖 4所示，它有 4個輸入／輸出口（英文簡寫為 I／ O口），每個口有 8 條線共占 32個引腳。對于內(nèi)部有 ROM 的 8051 等單片機(jī)，正常運(yùn)行時， EA 則需接高電平，使 CPU 先從內(nèi)部的程序存儲中讀取程序，當(dāng) PC 值超過內(nèi)部 ROM 的容量時，
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