【正文】 和微分項(xiàng)進(jìn)行改進(jìn)，以達(dá)到更好的控制效果。主程序流程圖如圖 所示。系統(tǒng) 初始化包括設(shè)置棧底、工作寄存器組、控制量的初始值、采樣周期、中斷方式和狀態(tài)、定時(shí)器的工作方式以及 8255 的初始化、 MAX1232 的初始化等。主程序的任務(wù)是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，實(shí)現(xiàn)參數(shù)輸入，并控制電加熱爐的正常運(yùn)行。固態(tài)繼電器控溫電路如圖 4 所示 ,采用 Z 型交流固態(tài)繼電器 SSR,實(shí)現(xiàn)零觸發(fā)交流調(diào)功。 輸出電路及接口 單片機(jī)通過(guò) PWM脈沖調(diào)寬功率放大器控制 SSR固態(tài)繼電器調(diào)節(jié)電爐絲的功率而達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。 圖 功能鍵及與單片機(jī)的相關(guān)接口 信號(hào)輸出電路 PWM 控制原理 通過(guò)改變電阻絲電壓的接通時(shí)間與通電周期的比值（即占空比）來(lái)控制電阻絲的平均電壓，控制其輸出功率，進(jìn)而控制爐內(nèi)溫度 . 在此系統(tǒng)中，就只需要控制采樣周期和導(dǎo)通時(shí)間即可，即將周期 T 內(nèi)導(dǎo)通 T1 時(shí)間（采用定時(shí) /計(jì)數(shù)器T0），定時(shí)到了以后，關(guān)閉固態(tài)繼電器。 K3— ‘ F’鍵，（按下時(shí)進(jìn)入下一個(gè)參數(shù)的設(shè)定）。其中，具體功能為： K1— 加 1 鍵（按下時(shí)數(shù)據(jù)自加 1）。 圖 數(shù)碼管靜態(tài)顯示及聲音報(bào)警電路 功能鍵 此系統(tǒng)需進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定，因此需要將按鍵設(shè)計(jì)在此系統(tǒng)之內(nèi)。 同時(shí)采用蜂鳴器進(jìn)行聲音報(bào)警。 LED 顯示電路 系統(tǒng)中我們需進(jìn)行參數(shù)設(shè)置以及溫度的顯示，因此需要顯 示電路，本實(shí)驗(yàn)采用七段數(shù)碼管顯示。其電路圖如圖 圖 單片機(jī)系統(tǒng)及與 A/D 轉(zhuǎn)換接口 圖 A/D574 電路及與單片機(jī)的相關(guān)接口 溫度采樣測(cè)量部分 溫度的采集我們可以選擇溫度變送器，對(duì)于簡(jiǎn)單的控制可以采用惠更斯電橋做采集電路。 A/D 轉(zhuǎn)換電路 本系統(tǒng)采用的是 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 AD574，這是一種高性能的 12 位逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，在此設(shè)計(jì)中采用 AD574 轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)進(jìn)行模 /數(shù)轉(zhuǎn)換。除此之外， 220V 交流市電還是加熱電阻兩端的電壓，通過(guò)控制雙向可控硅的導(dǎo)通與截止來(lái)控制加熱電阻的功率。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)（一般有 +10%左右的波動(dòng)）、負(fù)載和溫度的變化而變化。電源變壓器是將交流電網(wǎng) 220V 的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，然后通過(guò)整流電路將交流電壓變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓。計(jì)算機(jī)通過(guò) I/O 口改變控制脈沖寬度，從而改變雙向可控硅在一個(gè)固定的控制周期 T 內(nèi)導(dǎo)通的時(shí)間（或交流電的周波數(shù)），即改變電加熱爐的平均輸入功率，以此達(dá)到控溫的目的。同時(shí)反應(yīng)爐溫的熱電偶的電勢(shì)，經(jīng)冷端補(bǔ)償后送運(yùn)算放大器放大，其電壓范圍為 0~10V，將此電壓經(jīng)多路開(kāi)關(guān)送入 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器后，計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)口獲得相應(yīng)的表征爐溫的數(shù)字量。熱電偶與放大器將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成熱電勢(shì)信號(hào)并放大，再由 A/D 轉(zhuǎn)換器換成相應(yīng)的數(shù)字量供單片機(jī)識(shí)別處理。在每個(gè)工作周期 T 內(nèi)的工作占空比與單片機(jī)輸出的門(mén)控脈沖信號(hào)決定。 其工作原理： 爐溫控制程序及溫度與熱電偶電勢(shì)之間的對(duì)于關(guān)系表存放在EPROM2746 中，雙向可控硅采用過(guò)零觸發(fā)方式。 第二章 系統(tǒng)工作原理 本系統(tǒng)的單片機(jī)爐溫控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由單片機(jī)控制器、可控硅輸出部分、傳感器、溫度變送器以及被控對(duì)象組成。 單片機(jī)以其高可靠性、高性能價(jià)格比、控制方便簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制系統(tǒng)、智能化儀器儀表等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。電加熱爐隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)水平的提高，已經(jīng)在冶金、化工、機(jī)械等各類(lèi)工業(yè)控制中得到了廣泛應(yīng)用，并且在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位。 目錄 第一章 引言 ................................................................................................................... 2 第二章 系統(tǒng)工作原理 ..................................................................................................... 3 第三章 硬件設(shè)計(jì)部分 ..................................................................................................... 4 電源部分 ............................................................................................................. 4 A/D 轉(zhuǎn)換電路 .................................................................................................... 4 溫度采樣測(cè)量部分 .............................................................................................. 6 LED 顯示電路 .................................................................................................... 6 功能鍵 ................................................................................................................ 7 信號(hào)輸出電路 .................................................................................................... 8 第四章 軟件設(shè)計(jì)部分 ...................................................................................................... 9 系統(tǒng)總程序設(shè)計(jì) .................................................................................................. 9 A/D 轉(zhuǎn)換器程序流程圖 ...................................................................................... 11 LED 顯示模塊程序流程圖 .................................................................................... 12 報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì) ............................................................................................. 12 鍵盤(pán)模塊程序設(shè)計(jì) ............................................................................................ 13 控制對(duì)象數(shù)學(xué)模型 ............................................................................................ 13 心得體會(huì) ........................................................................................................................ 15 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 16 第一章 引言 溫度是工業(yè)對(duì)象中的很重要參數(shù)的之一。廣泛應(yīng)用在冶金、化工、機(jī)械各類(lèi)加熱爐熱、處理爐和反應(yīng)爐等工業(yè)中。對(duì)于這樣一個(gè)具有非線性、大滯后、大慣性、時(shí)變 性、升溫單向性等特點(diǎn)的控制對(duì)象，很難用數(shù)學(xué)方法建立精確的數(shù)學(xué)模型，因此用傳統(tǒng)的控制理論和方法很難達(dá)到好的控制效果。采用單片機(jī)進(jìn)行爐溫控制，可以提高控制質(zhì)量和自動(dòng)化水平。系 統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。觸發(fā)脈沖由過(guò)零同步脈沖形成電路提供。鍵盤(pán)與顯示器用于各種參數(shù)的設(shè)置和顯示。單片機(jī)每隔一定時(shí)間要啟動(dòng)一次 A/D 轉(zhuǎn)換、采樣一次現(xiàn)場(chǎng)溫度，將溫度數(shù)據(jù)與給定溫度 W 進(jìn)行比較，得到溫差，再根據(jù)偏差的大小和正負(fù)，通過(guò) PID 控制算法送出 1 個(gè)相應(yīng)脈沖，讓一定數(shù)量的觸發(fā)脈沖在高電平上通過(guò)控制門(mén)去觸發(fā)可控硅，送入 8031，通過(guò)鍵盤(pán)顯示來(lái)去控制溫度。該數(shù)字量經(jīng)數(shù)字濾波、線性化處理以及標(biāo)度變換后，一方面通過(guò) LED 顯示爐溫，另一方面當(dāng)采樣周期到達(dá)時(shí)，與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，再做 PD/PID 運(yùn)算；根據(jù)運(yùn)算結(jié)果。 圖 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 第三章 硬件設(shè)計(jì)部分 電源部分 本系統(tǒng)所需電源有 220V 交流市電、直流 5V 電壓和低壓 交流電，故需要變壓器、整流裝置和穩(wěn)壓芯片等組成電源電路。由于此脈動(dòng)的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過(guò)濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。因而在整流、濾波電路之后 ,還需要接穩(wěn)壓電路。整流裝置采用二極管橋式整流，穩(wěn)壓芯片采用 78L05,配合電容將電壓 穩(wěn)定在 5V，供控制電路、測(cè)量電路和驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路中弱電部分使用。低壓交流電即變壓器二次側(cè)的電壓，通過(guò)過(guò)零檢測(cè)電路檢測(cè)交流電的過(guò)零點(diǎn)，送入單片機(jī)后，由控制程序決定雙向可控硅的導(dǎo)通角，以達(dá)到控制加熱 51 單片機(jī) 電源 LED 顯示 鍵盤(pán) 溫度變送 電加熱 固態(tài)繼電器溫度控制 低漂移毫伏放大器 A/D轉(zhuǎn) 換 器 溫度給定值 熱 電 偶 報(bào)警模 塊 電阻功率的目的 。工作流程是：當(dāng)由傳感器傳過(guò)來(lái)模擬 信號(hào)經(jīng)放大器放大后，送到 AD574 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。經(jīng)信號(hào)濾波，放大處理后形成標(biāo)準(zhǔn)的工控模擬信號(hào)（電流 4mv~10mv,電壓 1v~5v） ,便于傳輸和模數(shù)轉(zhuǎn)換 。采用靜態(tài)顯示的方式，減少程序的執(zhí)行時(shí)間，進(jìn)而提高系統(tǒng)工作的可靠性。其具體顯示電路如圖 所示。具體電路如圖 所示。 K2— 減 1 鍵，（按下時(shí)數(shù)據(jù)自減 1）。 K4— ‘ ok’鍵，按下時(shí)結(jié)束參數(shù)設(shè)定，開(kāi)始運(yùn)行主程序。直到下一個(gè)周期需要接通時(shí)。調(diào)功的原理為：設(shè)電網(wǎng)連續(xù) N 個(gè)完整的正弦波為一個(gè)控制周期 T，則 gNT f? 式中 gf電網(wǎng)頻率， HZ 若在設(shè)定的周期 T 內(nèi)控制主回路導(dǎo)通 n(n≤ N)個(gè)完整的正弦波 (周波 ),則負(fù)載功率為 2UnP RN? 式中 U電網(wǎng)電壓的有效值 R負(fù)載的有效電阻 因此 ,只要控制在設(shè)定的周期 T 內(nèi)主回路導(dǎo)通的周波數(shù) n 的個(gè)數(shù) ,就 可調(diào)節(jié)負(fù)載的功率 P。 SSR 內(nèi)設(shè)光電隔離電路 ,可減少與電網(wǎng)間的相互干擾 ,其電路圖如下： 圖 輸出電路及其接口 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um b e r R e vi s i onS i z eBD a t e : 26 N ov 20 09 S h e e t of F i l e : F : \ 個(gè)人重要資料 ( 勿刪 ) \ A dm i ni s t r a t or \ 桌面 \ 最小系統(tǒng) .dd bD r a w n B y:P 3 .11 2U ? 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