【正文】 到了光控可控硅。此外還應(yīng)用了鎖存器74LS373。其次是應(yīng)用了定時(shí)/計(jì)數(shù)器。 各主要芯片的在電加熱爐溫度控制系統(tǒng)中的功能。并且現(xiàn)代電加熱爐的控制方法由于數(shù)學(xué)深?yuàn)W、算法復(fù)雜、現(xiàn)場工程師難以理解和接受，因而先進(jìn)控制算法的推廣受到制約，為克服以上種種困難，將來的電加熱爐以控制算法簡單，靜動(dòng)態(tài)性能好的特點(diǎn)，有較高的實(shí)用價(jià)值和理論價(jià)值，特別是以節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的方向發(fā)展。人們對(duì)熱能的需求質(zhì)量越來越大，電加熱爐的優(yōu)越性越發(fā)的突出來，這樣就出現(xiàn)了一個(gè)問題，由于傳統(tǒng)的電加熱爐存在一定的弊端而造成能源的浪費(fèi)，導(dǎo)致其生產(chǎn)效率低，其主要原因是缺少有效的調(diào)節(jié)設(shè)備，導(dǎo)致的浪費(fèi)。在社會(huì)發(fā)展的今天，電加熱爐的使用，即可以提高生產(chǎn)效益，節(jié)約能源，也減少了環(huán)境的污染，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和改善人民生活質(zhì)量等方面的優(yōu)點(diǎn)早已成為社會(huì)的共識(shí)。本系統(tǒng)較理想地解決了爐溫控制中平穩(wěn)性、快速性與精度之間的矛盾。為了降低電加熱爐的成本，系統(tǒng)要求采用實(shí)現(xiàn)溫度閉環(huán)控制，控制溫度誤差范圍5176。本文討論的電加熱爐爐溫控制系統(tǒng)由上下兩組爐絲進(jìn)行加熱，用上下兩組熱電偶檢測爐溫。電加熱爐本身可由多組爐絲提供功率，用多組溫度傳感器檢測爐內(nèi)溫度，因此電加熱爐屬多區(qū)溫度系統(tǒng)。電加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案緒論電加熱爐的出現(xiàn)，給人類的生活帶來了很多方便，使人類不管是在生活還是在工業(yè)方面都有了很多便利之處。但是電加熱爐主要應(yīng)用還是在生產(chǎn)過程、實(shí)驗(yàn)室及研究所?？刂评碚搹慕?jīng)典理論、現(xiàn)代理論已經(jīng)發(fā)展到更先進(jìn)的控制理論，控制系統(tǒng)也由簡單的控制系統(tǒng)、大系統(tǒng)發(fā)展到今天的復(fù)雜系統(tǒng)。本文所采用的電加熱爐溫度控制，采用的是適用于工業(yè)控制的8051單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)。C，調(diào)節(jié)溫度的超調(diào)量小于30%，系統(tǒng)被測參數(shù)是溫度，由單片機(jī)PID運(yùn)算得出的控制量控制光控可控硅的導(dǎo)通和關(guān)斷，以便切斷或接通加熱電源，調(diào)整電功率，從而控制電加熱爐的溫度穩(wěn)定在設(shè)定的值上，并實(shí)時(shí)顯示爐內(nèi)溫度，記錄溫度的變化過程，以更好的控制電加熱爐工作。電加熱爐是一種將電能轉(zhuǎn)換為熱能，在工礦企業(yè)和日常生活中，是一種常見的設(shè)備。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科技水平的進(jìn)步，人民生活水平的提4高，將使社會(huì)帶入一個(gè)新的階段。如何解決這一問題，滿足社會(huì)的需求，設(shè)計(jì)得更加科學(xué)、合理，在全國仍在探討。1. 電加熱溫度控制系統(tǒng)的構(gòu)成此次設(shè)計(jì)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)，主要包括8051單片機(jī)、溫度控制檢測元件和變送器、A/D轉(zhuǎn)換器、鍵盤與顯示器、溫度控制電路和報(bào)警電路等幾個(gè)部分。首先該系統(tǒng)選用性能價(jià)格比較高的適用于工業(yè)控制MCS—51系列單片機(jī)8051作為主機(jī)，具有控制方便、簡單和靈活性等特點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCON的作用是控制定時(shí)器的啟、停，標(biāo)志定時(shí)器的溢出和中斷情況。74LS373片內(nèi)是8個(gè)輸出帶三態(tài)門的D鎖存器，縮存器中內(nèi)容可以根據(jù)設(shè)置的電平的高低對(duì)內(nèi)容進(jìn)行更新和保存。晶閘管又叫硅可控整流元件，常簡稱為可控硅不只是用5來進(jìn)行可控整流．它還可以用作無觸點(diǎn)開關(guān)以快速接通或切斷電路，實(shí)現(xiàn)將直流電變成交流電的逆變，將一種額率的交流電變成另—種頻率的交流電，8279芯片，它是一種可編程的鍵盤/顯示器接口芯片。A/D轉(zhuǎn)換器:這里采用ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換器。熱電偶: 常用的熱電偶有好多種，根據(jù)我們實(shí)際所需要的，在這里我采用鉑銠。C以下范圍內(nèi)長期工作，短期可測1800176。 電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖及工作原理軟盤顯示報(bào)警顯示A/D光控可控硅熱電偶8051電加熱爐變送器圖11 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖工作原理：熱電偶用來檢測爐溫，將電阻爐中的溫度轉(zhuǎn)變成毫伏級(jí)的電壓信號(hào)，經(jīng)溫度變送器放大并轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)。通過采樣和A/D轉(zhuǎn)換，所檢測得到的電壓信號(hào)和爐溫給定的電壓信號(hào)都轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入到微型機(jī)中進(jìn)行比較，其差值即為實(shí)際電爐和給定爐溫間的偏差。 系統(tǒng)中要用到的主要芯片的簡介 8051 8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串口接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，具體介紹如下：中央處理器：中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。程序存儲(chǔ)器(ROM)：8051共有4096個(gè)8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。并行輸入輸出(I/O)口：8051共有4組8位I/O口(P0、 PP2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。中斷系統(tǒng)：8051具備較完善的中斷功能， 時(shí)鐘電路：8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容[2]MCS51的引腳說明：8051采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，下圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用。Pin19:時(shí)鐘XTAL1腳，片內(nèi)振蕩電路的輸入端。輸入輸出(I/O)引腳：，功能如下圖所示。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H，P0P3輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫入07H，其它專用寄存器被清“0”。然而，初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0R7）的狀態(tài)，8051的初始態(tài)如下表：表11 8051初始態(tài)Pin30:ALE/PROE當(dāng)訪問外部程序器時(shí)，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器，ALE會(huì)跳過一個(gè)脈沖。Pin29:當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此引腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)，PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。如EA為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲(chǔ)器指令。[2]在編程時(shí)，EA/Vpp腳還需加上21V的編程電壓。GATE門控位，當(dāng)為0時(shí)，只要控制位TR0或TR1置1，即可啟動(dòng)響應(yīng)定時(shí)器開始工作；當(dāng)為1時(shí)，除需要TR0或TR1置1外，還需要或引腳為高電平時(shí)，才能啟動(dòng)響應(yīng)的定時(shí)器開始工作。2）定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCONTCON的作用是控制定時(shí)器的啟、停，標(biāo)志定時(shí)器的溢出和中斷情況。當(dāng)定時(shí)器1計(jì)滿溢出時(shí)，由硬件TF1置1，并且申請(qǐng)中斷。TR1定時(shí)器1運(yùn)行控制位。TF0定時(shí)器0溢出標(biāo)志。操作同上。IT1外部中斷1觸發(fā)方式選擇位。IT0外部中斷0觸發(fā)方式選擇位。當(dāng)使能端G程 高電平時(shí)鎖存器中的內(nèi)容可以改變更新，而在返回低電平瞬間實(shí)現(xiàn)鎖存。74LS373是帶清除端CLR的8D觸發(fā)器。它在時(shí)鐘端CLK輸入為上升沿時(shí)觸發(fā)器中的內(nèi)容更新，因此單片機(jī)的ALE引腳應(yīng)先經(jīng)反相，再與該端相連接。(4)74LS373的外部結(jié)構(gòu)圖如下：圖14 74LS373的外部結(jié)構(gòu)圖 光控可控硅：晶閘管又叫硅可控整流元件，常簡稱為可控硅。目前，晶閘管的派生器件很多，如雙向晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、光控晶閘管等，在無線電技術(shù)中應(yīng)用也很廣泛。人們常稱它為電力電子器件。當(dāng)陽極A加上正向電壓時(shí)，BG1和BG2管均處于放大狀態(tài)。因?yàn)锽G2的集電極直接與BG1的基極相連，所以ib1=ic2。這個(gè)電流又流回到BG2的基極，表成正反饋，使ib2不斷增大，如此正向饋循環(huán)的結(jié)果，兩個(gè)管子的電流劇增，可控硅使飽和導(dǎo)通。由于可控硅只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開關(guān)特性，這種特性需要一定的條件才能轉(zhuǎn)化，如下表表13 可控硅導(dǎo)通和關(guān)斷條件2) 基本伏安特性圖15 可控硅基本伏安特性此時(shí)只能流過很小的反向飽和電流，當(dāng)電壓進(jìn)一步提高到J1結(jié)的雪崩擊穿電壓后，接差J3結(jié)也擊穿，電流迅速增加，圖3的特性開始彎曲，如特性O(shè)R段所示，彎曲處的電壓URO叫“反向轉(zhuǎn)折電壓”。圖16 陽極加反向電壓（2）正向特性當(dāng)控制極開路，陽極上加上正向電壓時(shí)（見圖16），JJ3結(jié)正偏，但J2結(jié)反偏，這與普通PN結(jié)的反向特性相似，也只能流過很小電流，這叫正向阻斷狀態(tài)，當(dāng)電壓增加，圖3的特性發(fā)生了彎曲，如特性O(shè)A段所示，彎曲處的是UBO叫：正向轉(zhuǎn)折電壓進(jìn)入N1區(qū)的電子與由P1區(qū)通過J1結(jié)注入N1區(qū)的空穴復(fù)合，同樣，進(jìn)入P2區(qū)的空穴與由N2區(qū)通過J3結(jié)注入P2區(qū)的電子復(fù)合，雪崩擊穿，進(jìn)入N1區(qū)的電子與進(jìn)入P2區(qū)的空穴各自不能全部復(fù)合掉，這樣，在N1區(qū)就有電子積累，在P2區(qū)就有空穴積累，結(jié)果使P2區(qū)的電位升高，N1區(qū)的電位下降，J2結(jié)變成正偏，只要電流稍增加，電壓便迅速下降，出現(xiàn)所謂負(fù)阻特性，見圖3的虛線AB段。在可控硅的內(nèi)部正反饋?zhàn)饔茫ㄒ妶D2）的基礎(chǔ)上，加上IGT的作用，使可控硅提前導(dǎo)通，導(dǎo)致圖3的伏安特性O(shè)A段左移，IGT越大，特性左移越快。(2)正向阻斷峰值電壓Vdrm。(3)反向阻斷峰值電壓Vdrm。 (4)門極觸發(fā)電流Igt在室溫下，陽極與陰極間加有6v正電壓時(shí)、使元件完全開通所必須的最小門極直流電流。在室溫和門極斷路時(shí)，保持元件處于通態(tài)所必需的最小通態(tài)電流。它含鍵盤輸入和顯示輸出兩種功能。圖19 8279芯片的引腳圖8279芯片各主要部件介紹（1）數(shù)據(jù)總線緩沖器和I/O控制雙向、三態(tài)的數(shù)據(jù)總線緩沖器用與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連。當(dāng)A0=1時(shí)，讀向CPU的是狀態(tài)字，自CPU寫入的是命令字；當(dāng)A0=0，讀、寫的都是數(shù)據(jù)。定時(shí)是在對(duì)CLK端輸入的外部時(shí)鐘頻率N分頻、得到100kHz的內(nèi)部定時(shí)脈沖的基礎(chǔ)上，、。一種是編碼方式，需由外部譯碼器對(duì)掃描輸端SL3SL0上的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行譯碼，以產(chǎn)生對(duì)鍵盤或顯示器的掃描信號(hào)；另一種是譯碼方式，在內(nèi)部對(duì)計(jì)數(shù)器低兩位譯碼后送SL3SL0輸出，可做為鍵盤和顯示器的掃描信號(hào)。鍵盤各種方式時(shí)，當(dāng)搜索到閉合鍵，若該鍵仍閉合，則將該鍵所在的行、列號(hào)和SHIFT、CNTL鍵狀態(tài)都寫入FIFO/傳感器RAM。8279還可各種于選通方式，此時(shí)由選通信號(hào)STB的上升沿將SL7SL0上信息寫入FIFO/傳感器RAM。在鍵盤和選通方式時(shí)，按寫入的次序，也即先進(jìn)先出的原則讀出。RAM中有數(shù)據(jù)時(shí)，IRQ變高。（6）顯示RAM和顯示地址寄存器 該RAM有6個(gè)單元，用于存放要顯示的筆畫信息，它的地址寄存器存放由CPU正在讀或?qū)懺揜AM某單元的地址，或正在顯示器的兩個(gè)半字節(jié)的地址。（b）分頻命令字 用于設(shè)定分頻系數(shù)N。[4] （c）讀FIFO/傳感器RAM命令字 讀顯示RAM命令字 在讀顯示RAM中的數(shù)據(jù)前，必須先寫入命令字。DDDD0是要讀的起始地址。（d）寫顯示RAM命令字 （e）屏蔽與消隱命令字 需要改寫顯示RAM中某單元的半個(gè)字節(jié)，而要求不影響、即屏蔽它的另半個(gè)字節(jié)時(shí)要寫入次命令字；需要使顯示熄滅、即消隱時(shí)也要寫入此命令字。它（g）結(jié)束中斷/設(shè)定出錯(cuò)命令字 它有兩中功能。D6位如為1，在N鍵依次讀出方式時(shí)，表示出錯(cuò)；而在傳感器方式時(shí)，表示至少有一個(gè)產(chǎn)肝氣閉合。DDD0表示FIFO/傳感器RAM中的字符數(shù)。在傳感器方式和選通方式時(shí)，則D7D6分別與RL7RL0的值相對(duì)應(yīng)。ADC0809轉(zhuǎn)換芯片是8位、逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換芯片，具有地址鎖存控制的8路模擬開關(guān)。 圖110 ADC0809芯片引腳圖ADC0809有28個(gè)引腳，在精度要求不太高的情況下，供電電源就用做基準(zhǔn)電源。其上脈沖的下降沿起動(dòng)一次新的A/D轉(zhuǎn)換；EOC是轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，可用于向單片機(jī)申請(qǐng)中斷或供單片機(jī)查詢；OE是輸出允許端；CLK是時(shí)鐘端，因芯片的時(shí)鐘頻率最高只可工作于640kHZ，故通常由單片機(jī)的ALE引腳經(jīng)分頻后接向該引腳； 電源電路圖111 電源電路，偏移電流是6mA，我們需要的電壓是5V，電路提供的電壓是9V，由此得 ( 11)圖112 電壓波形圖 電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的控制實(shí)例在很多行業(yè)中有大量的應(yīng)用電加熱設(shè)備，如用于熱處理的加熱爐，用于融化金屬的干果電阻爐及各種不同用途的溫箱等，人們都需要對(duì)它們的溫度進(jìn)行監(jiān)測和控制。15東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電加熱爐控制系統(tǒng)的控制算法2. 電加熱爐控制系統(tǒng)的控制算法隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，在冶金、化工、機(jī)械等各類工業(yè)制造中，電加熱爐得到了廣泛的應(yīng)用。在本文中，采用算法簡單，效果好的PID控制算法，與一般的控制算法相比，具有計(jì)算量小，控制結(jié)果簡單，靜動(dòng)態(tài)性能較好等特點(diǎn)，有較高的使用價(jià)值。本系統(tǒng)較理想地解決了爐溫控制中平穩(wěn)性、快速性與精度之間的矛盾。在設(shè)計(jì)過程中的不管用哪種方法得到控制系統(tǒng)的參數(shù)，直接使用時(shí)控制的效果不一定很好，必須結(jié)合實(shí)際調(diào)試來選擇數(shù)字控制器的參數(shù)。調(diào)試的過程中，先按比例調(diào)節(jié)規(guī)律運(yùn)行，比例系數(shù)由小到大地改變；然后加入積分調(diào)節(jié)規(guī)律，積分時(shí)間常數(shù)有大到小地改變。因此電加熱爐為一雙輸入雙輸出的受控對(duì)象。因此，可以用階躍響應(yīng)近似確定電加熱爐的連續(xù)模型。所以通常我們把這個(gè)雙輸入雙輸出系統(tǒng)分解成兩個(gè)單輸入單輸出的系統(tǒng)，??數(shù)學(xué)模型為上式。假設(shè)檢測元件的函數(shù)模型為H(s)，根據(jù)反饋控制系統(tǒng)圖可得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。若檢測的實(shí)際值與設(shè)定值相比，高則報(bào)警，低則控制繼續(xù)加熱。圖22 具有積分分離的PID控制過程連續(xù)系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器為對(duì)誤差的比例、積分和微分控制，即 　　 (24)或 (25)式中：Ti、Td分別為積分和微分時(shí)間常數(shù)；Kp、Ki、Kd分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)。由式（24）與式（26）可得 (27)式（27）稱為位置式PID控制算法。因此，人們又提出一種新的控制算法，PID增量式