課程設(shè)計--基于單片機的水溫控制系統(tǒng)(參考版)
2025-01-16 18:38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?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口、執(zhí)行機構(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，以實現(xiàn)對爐溫的控制。報警電路如圖8所示。報警電路：正常運行時綠燈亮，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。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)點主要是為了提高功率因數(shù)和減少對電網(wǎng)的波動影響。（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)行機構(gòu)，單片機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]。可控硅接通時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、。圖5 8031與ADC0809的接口電路如圖5所示，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)行冷端溫度補償,并起到抑制零點漂移的作用。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)?。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)?—10mA，電流電壓變送器將0—10mA的電流變?yōu)?—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口一般用于擴展存儲器；P3口的和配合擴展存儲器使用；只有P1腳可以全部獨立使用。各引腳功能：4個I／O口分別為PPPP4。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，正常運行時，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，才會轉(zhuǎn)向外部的程序存儲器讀取程序?？臻g
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