畢業(yè)設(shè)計(jì)--溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　工業(yè)生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱爐爐溫的精確控制對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、熱處理都是非常重要的。本文以AT89C52單片機(jī)為控制核心，進(jìn)行了加熱爐爐溫控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，并重點(diǎn)完成了溫度檢測(cè)電路、鍵盤(pán)顯示電路、報(bào)警電路、時(shí)鐘電路、以及溫度控制電路的設(shè)計(jì)任務(wù)。該系統(tǒng)功能強(qiáng)、精度高、硬件電路簡(jiǎn)單，且工作穩(wěn)定可靠，可實(shí)現(xiàn)控制的精度要求。</p>

2、<p>　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；加熱爐；溫度控制</p><p><b>　　Abstract </b></p><p>　　Industrial production of resistance furnace, the accurate control of temperature on product quality, heat treatment l

3、abor intensity is very important. This system is based on AT89C52 as control core, the temperature control system of furnace, and the overall design of the temperature detection circuit, finished keyboard display circuit

4、, alarm circuit, clocking circuit and temperature control circuit design. This system is strong, high precision, simple, and the hardware circuit is stable and rel</p><p>　　Key words: Single chip；furnace；tem

5、perature control </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><p>　　2 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案4</p><p>　　2.1 硬件設(shè)計(jì)方案4</p><p>　　2.2 爐溫控制器模型5

6、</p><p>　　2.2.1控制器模型比較5</p><p>　　2.2.2爐溫控制器數(shù)學(xué)模型的建立8</p><p>　　3 主體硬件電路設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1 STC 89C52單片機(jī)12</p><p>　　3.1.1 STC89C52單片機(jī)的引腳及功能12</p>

7、<p>　　3.2. 溫度測(cè)量17</p><p>　　3.2.1.檢測(cè)原件17</p><p>　　3.2.2 熱電偶測(cè)溫基本原理18</p><p>　　3.2.3 溫度變送器18</p><p><b>　　1 引 言</b></p><p>　　溫度的測(cè)量與控制是生產(chǎn)

8、過(guò)程自動(dòng)化的重要任務(wù)之一。溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)控制中應(yīng)用廣泛，如在電廠建設(shè)、石油化工、冶金、機(jī)械制造、食品加工等行業(yè)中應(yīng)用十分普遍。主要是通過(guò)將工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的溫度模擬量通過(guò)傳感器采集，再經(jīng)過(guò)AD/轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)，由溫度控制系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理、顯示的過(guò)程。如今在很多溫度控制系統(tǒng)中，一般是選用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　圖1.1 系統(tǒng)框圖</b></p>

9、;<p>　　圖1.1中被測(cè)參數(shù)溫度經(jīng)熱電偶WB測(cè)量后轉(zhuǎn)換成毫伏信號(hào)，經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成0~5V電壓信號(hào)；再經(jīng)多路開(kāi)關(guān)，把8座退火爐的溫度測(cè)量信號(hào)分時(shí)地送到采樣/保持器和A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量經(jīng)I/O接口讀入到CPU,在CPU中經(jīng)數(shù)據(jù)處理（數(shù)字濾波、標(biāo)度變換和數(shù)字控制計(jì)算）后，一方面送顯示，并判斷是否有警報(bào)，另一方面與給定值進(jìn)行比較，然后根據(jù)偏差值進(jìn)行控制計(jì)算?？刂破鬏敵鼋?jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成4~20mA

10、電流信號(hào)，以帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。當(dāng)采樣值大于給定值時(shí)，把天燃?xì)忾y門(mén)關(guān)小，反之將開(kāi)大閥門(mén)，這樣通過(guò)改變進(jìn)入退火爐的天然氣的流量，達(dá)到控制溫度的目的。本系統(tǒng)不但可以進(jìn)行恒溫控制，而且可以通過(guò)軟件設(shè)計(jì)使其能按著一定的升溫曲線(xiàn)控制。</p><p>　　退火爐是冷軋鋼板熱處理的重要熱工設(shè)備,在國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用。其各個(gè)工藝段的溫度控制是影響后續(xù)鋼板處理的關(guān)鍵因素。在經(jīng)濟(jì)危機(jī)的大背景下,如何實(shí)現(xiàn)退火爐的有效溫度控制,有著重要的意義

11、。退火爐的溫度控制具有升溫速度快,慣性大,時(shí)變等特點(diǎn)。其升溫,保溫是依靠其爐內(nèi)的煤氣空氣混合燃燒來(lái)達(dá)到工藝要求的,降溫則是依靠環(huán)境自然冷卻。爐溫溫度一旦超調(diào)就無(wú)法用控制手段使其降溫,因此對(duì)于各個(gè)溫度段控制的主要控制目標(biāo)就是超調(diào)量,超調(diào)量的失調(diào)會(huì)導(dǎo)致?tīng)t溫控制不穩(wěn)定,鋼卷廢品率高,安全隱患大,當(dāng)系統(tǒng)中某座退火爐發(fā)生底限或超限報(bào)警時(shí)，將發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提醒操作人員注意，并采取相應(yīng)措施。</p><p>　　2 溫度控

12、制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1 硬件設(shè)計(jì)方案</p><p>　　以單片機(jī)位核心組成的工業(yè)控制，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，種類(lèi)繁多，用途各異，硬件設(shè)計(jì)涉及到多方面接口電路和結(jié)構(gòu)，如模擬電路，驅(qū)動(dòng)電路等。本文設(shè)計(jì)的各種芯片的原理，結(jié)構(gòu)和應(yīng)用方法，是以89C52單片機(jī)位最小應(yīng)用系統(tǒng)的。</p><p>　　在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，信號(hào)往往有數(shù)字或模擬信號(hào)混合存在。這樣，模

13、擬部分與數(shù)字部分的功能分工是硬件設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。它涉及到應(yīng)用系統(tǒng)研制的技術(shù)水平和難度。在這種模擬，數(shù)字系統(tǒng)中，模擬電路，數(shù)字邏輯電路功能與計(jì)算機(jī) （2-1）</p><p>　　式中，1為退火爐時(shí)間常數(shù)，K為調(diào)節(jié)體統(tǒng)總的放大倍數(shù)，為系統(tǒng)的純滯后時(shí)間，且=NT，T 為采樣周期。</p><p>　　3 主體硬件電路設(shè)計(jì)</p>

14、<p>　　3.1 STC 89C52單片機(jī)</p><p>　　單片機(jī) (Single-Chip-Microcomputer)又稱(chēng)微控制器(Microcontroller)，其實(shí)就是一個(gè)簡(jiǎn)化的微機(jī)，將微機(jī)的CPU、存儲(chǔ)器、串行工/0接口、并行1/0接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等集成在一片芯片上就是單片機(jī)了，單片機(jī)雖然只是一個(gè)芯片，但無(wú)論從組成還是從功能上來(lái)看它都具有了微機(jī)系統(tǒng)的含義。它主要用來(lái)完成各種控制功能

15、。相對(duì)微機(jī)來(lái)說(shuō)，單片機(jī)價(jià)格很低，非常適用于簡(jiǎn)單的控制場(chǎng)合以降低12MHz的方波信號(hào)。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘P1和P2，供單片機(jī)使用。</p><p>　?。╝）內(nèi)部方式時(shí)鐘電路 （b）外部方式時(shí)鐘電路</p><p><b>　　圖3.2時(shí)鐘電路</b></p><p>　　3.1.2復(fù)位及復(fù)位電路<

16、;/p><p><b>　?。?）復(fù)位操作</b></p><p>　　復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。</p><p>　　除PC之外，復(fù)位操作還對(duì)其他一些寄存器有

17、影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如表3.1所示。</p><p>　　表3.1 一些寄存器的復(fù)位狀態(tài)</p><p>　　（2）復(fù)位信號(hào)及其產(chǎn)生</p><p>　　圖3.5 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　3.2. 溫度測(cè)量</p><p>　　因?yàn)橥嘶馉t的溫度測(cè)溫范圍是0 ~1000攝氏度，所以根據(jù)設(shè)計(jì)要求檢測(cè)原件選用鎳

18、鉻-鎳鋁熱電偶（分度號(hào)為K），對(duì)其輸出信號(hào)為0~41.2643毫伏。溫度變送器選用現(xiàn)成的集成一體化變送器，在0~1000攝氏度時(shí)對(duì)應(yīng)輸出為0~5伏。</p><p><b>　　5 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.1 設(shè)計(jì)思路、流程圖</p><p>　　本系統(tǒng)要完成溫度信號(hào)的采集與控制，需要實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的采集與A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、

19、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)傳輸?shù)然竟δ?。從功能上可將其分為溫度信?hào)采集及A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、人機(jī)交互、執(zhí)行四大部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，軟件系統(tǒng)框圖如圖5.1所示：</p><p>　　圖5.2 主程序流程圖</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　該控制系統(tǒng)的硬件是實(shí)現(xiàn)溫度控制的基礎(chǔ)，溫度控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)部分包括單片機(jī)的控制電路設(shè)計(jì)、加

20、熱爐溫度數(shù)據(jù)采集處理分析與設(shè)計(jì)、鍵盤(pán)接口與其原理設(shè)計(jì)、顯示及其接口設(shè)計(jì)、報(bào)警顯示接口設(shè)計(jì)等?？刂齐娐凡捎肧TC89C52單片機(jī)為控制核心。完成了鍵盤(pán)顯示的接口電路設(shè)計(jì)。鍵盤(pán)設(shè)計(jì)采用矩陣式鍵盤(pán)，顯示部分采用LCD顯示器,及報(bào)警復(fù)位等輔助電路構(gòu)成。整個(gè)過(guò)程中，從開(kāi)始接到論文題目到系統(tǒng)電路的實(shí)現(xiàn)，再到論文的撰寫(xiě)，每走一步都是對(duì)我們的嘗試與挑戰(zhàn)，在收集和查閱了國(guó)內(nèi)外爐溫控制系統(tǒng)的相關(guān)資料，仔細(xì)地分析了各種現(xiàn)行的溫控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與不足。并且在結(jié)合我

21、國(guó)內(nèi)地實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，專(zhuān)門(mén)針對(duì)在中小企業(yè)加熱爐設(shè)計(jì)了以套基于單片機(jī)的爐溫自動(dòng)檢控系統(tǒng)?？紤]到該系統(tǒng)主要是為一些不具備自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)知識(shí)的人員設(shè)計(jì)，那么該系統(tǒng)不僅要成本低廉，而且要具有較高的工作穩(wěn)定性，擁有人性化的簡(jiǎn)易的人機(jī)交互平臺(tái)。在綜合了各方面因素后，該系統(tǒng)決定以STC89C52單片機(jī)為核心來(lái)設(shè)計(jì)出一套精度高、重復(fù)性好、自動(dòng)化程度高，可以大大提高產(chǎn)品質(zhì)量和減輕工人的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)的爐溫自動(dòng)控制系統(tǒng)。</p><p>　

22、　當(dāng)然該系統(tǒng)設(shè)計(jì)還存在問(wèn)題，比如在硬件電路原理中所應(yīng)用的一些電阻、電容等沒(méi)有經(jīng)過(guò)精確的計(jì)算，應(yīng)用的一些集成芯片的介紹不夠詳細(xì)，軟件編程也存在一些問(wèn)題等。由于能力和時(shí)間的關(guān)系，難免有很多不盡人意的地方，敬請(qǐng)各位老師批評(píng)并提出寶貴意見(jiàn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]張毅剛等，單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社。2007

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29、riel C.New In-Situ Calibration of Diode Detectors Used in Six-Port Network Analyzers Port Network Analyzers [J].IEEE.Transactions On Instrumentation And Measurement，1990，（19） ： 42-46.</p><p>　　[23]G.W.Hunter

30、，L.G.Oberle，G.Baakalini.Intelligent Sensor Systems for Integrated System (11) ：1365-1368.</p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　該系統(tǒng)設(shè)計(jì)是在*老師的悉心指導(dǎo)下完成的。感謝*老師在百忙之中抽出時(shí)間督促指導(dǎo)我完成設(shè)計(jì)任務(wù)。在指導(dǎo)我設(shè)計(jì)的這兩個(gè)月中，我深刻的