電阻爐溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p><b>　?。?0_ _屆）</b></p><p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　電阻爐溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p>

3、<p>　　伴隨著現(xiàn)今先進(jìn)技術(shù)的迅猛發(fā)展，一些關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)囟瓤刂葡到y(tǒng)的精度、穩(wěn)定性等要求進(jìn)一步提高。電阻爐廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)， 其溫度控制在傳統(tǒng)模式下采用模擬或數(shù)字調(diào)節(jié)儀表進(jìn)行調(diào)節(jié)，存在著一些固有的缺點(diǎn)。然而采用單片機(jī)進(jìn)行爐溫控制可大大地提高控制質(zhì)量和自動(dòng)化水平， 具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和推廣價(jià)值。為此本文就單片機(jī)在電阻爐上的溫度控制進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。</p><p>　　本設(shè)計(jì)以89C51單片機(jī)為核心

4、控制器件，以ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換器件，采用PID控制算法，通過控制可控硅來控制熱電阻，進(jìn)而控制電爐溫度，又通過溫度的反饋檢測(cè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，并結(jié)合一系列相關(guān)電路最終設(shè)計(jì)了一個(gè)滿足要求的電阻爐微型計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，電阻爐，測(cè)溫，A/D轉(zhuǎn)換</p><p>　　Software Design of the Resistance Furnace T

5、emperature Control System</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Along with the rapid development of advanced technology today. Some key areas of SCM temperature control system accuracy a

6、nd stability required to further improve. Resistance furnace is widely used in all walks of life. The temperature control in the traditional analog or digital mode, adjust the instrument to adjust. This model has some in

7、herent disadvantages. However, using SCM for temperature control, can greatly enhance the level of quality control and automation. It has good economic and pr</p><p>　　The design uses the 89C51 SCM as the co

8、re control device ,ADC0809 as A / D conversion device and PID control algorithm and controls the thermal resistance by controlling SCR. Then control the furnace temperature. It is the normal operation of detection system

9、by the temperature feedback.Combined with a series of related circuits finally I designed a resistance furnace to meet the requirements of the micro-computer temperature control system.</p><p>　　Keywords: SC

10、M，Resistance furnace, thermometric, A/D conversion</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b

11、></p><p>　　1.1課題的來源1</p><p>　　1.2電阻爐溫度控制最新成果及發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3課題研究的主要內(nèi)容3</p><p>　　2電阻爐溫度控制系統(tǒng)的介紹4</p><p>　　2.1 系統(tǒng)介紹4</p><p>　　2.1 技術(shù)指標(biāo)

12、4</p><p>　　3方案的比較和確定5</p><p>　　3.1總體方案的比較和確定5</p><p>　　3.2 控制算法6</p><p>　　4系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)8</p><p><b>　　4.1系統(tǒng)任務(wù)8</b></p><p>　　4.2系統(tǒng)組

13、成及工作原理8</p><p><b>　　5硬件設(shè)計(jì)9</b></p><p>　　5.1 AT89C51介紹9</p><p>　　5.2 溫度檢測(cè)及放大電路11</p><p>　　5.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路12</p><p>　　5.4 時(shí)針及復(fù)位電路13</p>&

14、lt;p>　　5.5 過零檢測(cè)電路13</p><p>　　5.6 晶閘管電路14</p><p>　　5.7 鍵盤顯示電路及報(bào)警電路14</p><p><b>　　6軟件設(shè)計(jì)16</b></p><p>　　6.1主程序的設(shè)計(jì)16</p><p>　　6.2數(shù)據(jù)檢測(cè)及標(biāo)度變換子

15、程序17</p><p>　　6.3鍵盤顯示子程序19</p><p>　　6.3.1 鍵盤子程序功能19</p><p>　　6.3.2 顯示子程序介紹19</p><p>　　6.4數(shù)字調(diào)節(jié)器19</p><p>　　6.5數(shù)字觸發(fā)器21</p><p>　　6.6中斷服務(wù)程序

16、21</p><p><b>　　結(jié)論23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p>　　致謝錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　附錄25</b></p><p><b>　　程序清單25&

17、lt;/b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題的來源</b></p><p>　　近年來電阻爐在化工、冶金、機(jī)械等行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，因此溫度控制對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中具有重要意義。其控制系統(tǒng)屬于一階純滯后環(huán)節(jié)，具有大慣性、純滯后、非線性等特點(diǎn)。而傳統(tǒng)的控制方式

18、超調(diào)大，控制時(shí)間長(zhǎng)，控制精度低。隨著單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，通過單片機(jī)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制日益成為今后自動(dòng)控制領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。采用單片機(jī)進(jìn)行爐溫控制，具有電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、精度高、控制效果好等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)科技進(jìn)步等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。然而，大多數(shù)電阻爐存在著各種干擾因素，將會(huì)給工業(yè)生產(chǎn)帶來極大的不便。因此，在電阻爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量考慮到如何有效地避免各種干擾因素而采用一個(gè)較好的控制方案，選擇合適的芯片及控制

19、算法是非常有必要的[1]。</p><p>　　溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何的物理變化和化學(xué)反應(yīng)過程都與溫度密切聯(lián)系，因此溫度控制是自動(dòng)化的一個(gè)重要部分。在各種不同的生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，燃料，控制方案也各有所不同。例如冶金、機(jī)械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等；控制方案有直接數(shù)字控制（DDC）,推斷控制，預(yù)

20、測(cè)控制，模糊控制，專家控制，魯棒控制，推斷控制，PID控制等[2]。</p><p>　　1.2電阻爐溫度控制最新成果及發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　國(guó)內(nèi)外對(duì)電阻爐溫度控制基本采用以下幾種模式：</p><p>　　第一種是PID控制：傳統(tǒng)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)在電阻爐啟停狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)生很大的沖擊電流，對(duì)電阻爐設(shè)備及電網(wǎng)帶來一系列問題并且在溫度控制方面誤差很大，嚴(yán)重影響

21、產(chǎn)品質(zhì)量。單片機(jī)在電阻爐溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用是基于傳統(tǒng)的電阻爐控制,采用單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行 PID控制運(yùn)算，將控制量輸出，控制電阻爐的加熱 根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行中偏差和偏差變化率狀況實(shí)施不同的控制策略，使整個(gè)過程在最佳工作狀態(tài)下運(yùn)行，從而大大降低設(shè)備故障率，提高電阻爐設(shè)備壽命及產(chǎn)品質(zhì)量[3]。[3]</p><p>　　系統(tǒng)的工作過程為：用鍵盤將溫度的設(shè)定值送入單片機(jī)，啟動(dòng)運(yùn)行后，通過信號(hào)采集電路將溫度信號(hào)采集到后，送到 A/

22、D 轉(zhuǎn)換電路將信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行PID 控制運(yùn)算，將控制量輸出，控制電阻爐的加熱 在加熱過程中如果溫度超過了設(shè)置的上限極值時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示操作人員。</p><p>　　第二種是預(yù)估控制：對(duì)于電阻爐這種具有純遲延的對(duì)象,Smith預(yù)估控制是一種非常有效的控制方法,只是對(duì)模型精度的敏感性限制了這種方法的應(yīng)用.所以許多研究人員嘗試使用自適應(yīng)預(yù)估控制在線辨識(shí)被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)參數(shù) ,用辨識(shí)參數(shù)構(gòu)造S

23、mith預(yù)估器進(jìn)行預(yù)估控制。辨識(shí)過程中,純遲延時(shí)間往往事先通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定或用相關(guān)分析的方法辨識(shí)，然后在認(rèn)為純遲延時(shí)間準(zhǔn)確已知的情況下 ,用自適應(yīng)的方法辨識(shí)其他的線性參數(shù),進(jìn)而構(gòu)造自適應(yīng)預(yù)估器。顯然自適應(yīng)辨識(shí)的精度取決于純遲延時(shí)間的辨識(shí)精度 ,而相關(guān)分析需要大量的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ),所以辨識(shí)過程需要很長(zhǎng)的時(shí)間,當(dāng)純遲延時(shí)間的估計(jì)不準(zhǔn)確的時(shí)候 ,自適應(yīng)律的穩(wěn)定性和整個(gè)系統(tǒng)的控制性能都將不能保證。電阻爐的溫度調(diào)節(jié)可分為動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)2個(gè)過程。動(dòng)態(tài)過程主要

24、是調(diào)節(jié)電阻爐的蓄熱量,使?fàn)t溫升高(降低)到設(shè)定的溫度值 ,穩(wěn)態(tài)對(duì)應(yīng)的加熱量和散熱量相平衡，維持爐溫的恒定。不同的爐溫設(shè)定值對(duì)應(yīng)不同的散熱速度，也就需要不同的加熱電壓來維持其蓄熱量的恒定.穩(wěn)態(tài)下,電阻爐溫度和加熱電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系是電阻爐的靜態(tài)特性。PID 的調(diào)節(jié)原理是根據(jù)動(dòng)態(tài)偏差來尋找設(shè)定值對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)輸入電壓，調(diào)節(jié)作用靈敏則調(diào)節(jié)過程短,但容</p><p>　　第三種是模糊控制：利用模糊數(shù)學(xué)的基本思想和理論的控制方法

25、。在傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域里，控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模式的精確與否是影響控制優(yōu)劣的最主要關(guān)鍵，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的信息越詳細(xì)，則越能達(dá)到精確控制的目的。然而，對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)，由于變量太多，往往難以正確的描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)，于是工程師便利用各種方法來簡(jiǎn)化系統(tǒng)動(dòng)態(tài)，以達(dá)成控制的目的，但卻不盡理想。換言之，傳統(tǒng)的控制理論對(duì)于明確系統(tǒng)有強(qiáng)而有力的控制能力，但對(duì)于過于復(fù)雜或難以精確描述的系統(tǒng)，則顯得無能為力了。因此便嘗試著以模糊數(shù)學(xué)來處理這些控制問題。其控制不需要被控對(duì)象的精確

26、描述，比較適合電阻爐溫度控制，常規(guī)的模糊控制算法穩(wěn)態(tài)誤差較大。所以一般不選用[7]。</p><p>　　第四種是基于PID的模糊控制：以常規(guī)的PID調(diào)節(jié)為基礎(chǔ)，結(jié)合模糊控制的思想，根據(jù)電阻爐特性的變化，建立以偏差e和偏差變化率ec為輸入、PID控制參數(shù)Ki和Kp為輸出的模糊控制規(guī)則，通過模糊推理和輸出，自動(dòng)修改PID參數(shù)，以取得最佳控制效果[8]。</p><p>　　1.3課題研究的主

27、要內(nèi)容</p><p>　　課題的研究?jī)?nèi)容是以單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器，測(cè)量電路中的溫度反饋信號(hào)經(jīng)A/D變換后，送入單片機(jī)中進(jìn)行處理，經(jīng)過一定的算法后，單片機(jī)的輸出用來控制加熱爐的輸出功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。根據(jù)爐溫對(duì)給定溫度的偏差，自動(dòng)接通或斷開供給爐子的熱源能量，或連續(xù)改變熱源能量的大小，使?fàn)t溫穩(wěn)定有給定溫度范圍，以滿足熱處理工藝的需要。使系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)值處理、PID 控制算法及控制輸出、相應(yīng)的數(shù)值

28、顯示、按鍵處理以及避免程序跑飛的程序監(jiān)視等功能。程序設(shè)計(jì)遵循自頂向下、模塊化設(shè)計(jì)的原則。</p><p>　　2電阻爐溫度控制系統(tǒng)的介紹</p><p><b>　　2.1 系統(tǒng)介紹</b></p><p>　　電阻爐溫度控制系統(tǒng)是利用大功率可控硅控制器控制熱阻絲兩端電壓大小，從而改變流過熱阻絲上的電流，進(jìn)而能改變電路內(nèi)的溫度?？煽毓杩刂破鬏斎?/p>

29、為0~5伏時(shí)對(duì)應(yīng)電爐溫度0~500℃，溫度傳感器測(cè)量值對(duì)應(yīng)也為0~5伏，且控制對(duì)象的特性可視為帶有純滯后環(huán)節(jié)的一階慣性系統(tǒng)。</p><p>　　本文中的電阻爐溫度控制系統(tǒng)利用單片機(jī)對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行選擇與設(shè)定，實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程中PID控制。它采用溫度傳感器熱電偶將檢測(cè)到的實(shí)際爐溫進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再送入計(jì)算機(jī)中，與設(shè)定值進(jìn)行比較，得出偏差。對(duì)此偏差按PID規(guī)律進(jìn)行調(diào)整，得出對(duì)應(yīng)的控制量來控制驅(qū)動(dòng)電路，調(diào)節(jié)電爐的加熱功率

30、，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制。利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度的智能控制，能自動(dòng)完成數(shù)據(jù)采集、處理、轉(zhuǎn)換、并進(jìn)行PID控制和鍵盤終端處理及顯示。</p><p><b>　　2.1 技術(shù)指標(biāo)</b></p><p>　　系統(tǒng)要求爐膛恒溫，可通過按鍵改變爐溫設(shè)定值，對(duì)加熱器加熱溫度調(diào)整范圍為0℃～500℃，溫度控制精度小于1℃，能實(shí)時(shí)顯示測(cè)量溫度，溫度超過上下限值時(shí)自動(dòng)報(bào)警。</p&

31、gt;<p><b>　　3方案的比較和確定</b></p><p>　　3.1總體方案的比較和確定</p><p>　　3.1.1 溫度傳感器的選擇</p><p>　　方案一：選用鉑電阻溫度傳感器。此類溫度傳感器線性度、穩(wěn)定性等方面性能都很好,但其成本較高。 </p><p>　　方案二：采用熱敏電阻。

32、選用此類元器件有價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，但由于熱敏電阻的非線性特性會(huì)影響系統(tǒng)的精度。 </p><p>　　方案三：采用DS18B20溫度傳感器。DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO－92小體積封裝形式；溫度測(cè)量范圍為－55℃～＋125℃,可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625℃，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出遠(yuǎn)端引入。此器件具有體積小、質(zhì)量輕、

33、線形度好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)其各方面特性都滿足此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求[7]。 </p><p>　　考慮到整個(gè)系統(tǒng)在采樣部分的重要性，我們選擇價(jià)格較貴的性能高的元件，故選擇方案一。</p><p>　　3.1.2 鍵盤顯示部分</p><p>　　控制與顯示電路是反映電路性能、外觀的最直觀部分，所以此部分電路設(shè)計(jì)的好壞直接影響到電路的好壞。</p><p&

34、gt;　　方案一：采用可編程控制器8279與數(shù)碼管及地址譯碼器74LS138組成，可編程/顯示器件8279實(shí)現(xiàn)對(duì)按鍵的掃描、消除抖動(dòng)、提供LED的顯示信號(hào)，并對(duì)LED顯示控制。用8279和鍵盤組成的人機(jī)控制平臺(tái)，能夠方便的進(jìn)行控制單片機(jī)的輸出。</p><p>　　方案二：采用單片機(jī)AT89C52與4X4矩陣組成控制和掃描系統(tǒng)，并用89C52的P1口對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，并用總線的方式在P0口接1602液晶來顯示水溫和

35、設(shè)定值，這種方案既能很好的控制鍵盤及顯示，又為主單片機(jī)大大的減少了程序的復(fù)雜性，而且具有體積小，價(jià)格便宜的特點(diǎn)。</p><p>　　對(duì)比兩種方案可知，方案一雖然也能很好的實(shí)現(xiàn)電路的要求，但考慮到電路設(shè)計(jì)的成本和電路整體的性能，我們采用方案二。</p><p>　　3.1.3 控制電路部分</p><p><b>　　方案一</b></p

36、><p>　　系統(tǒng)采用8031作為系統(tǒng)的微處理器。溫度信號(hào)由熱電偶檢測(cè)后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)經(jīng)過預(yù)處理（放大）送到A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)再送到8031內(nèi)部進(jìn)行判斷或計(jì)算。從而輸出的控制信號(hào)來控制鍋爐是否加熱。但對(duì)于8031來說，其內(nèi)部只有128個(gè)字節(jié)的RAM，沒有程序存儲(chǔ)器，并且系統(tǒng)的程序很多，要完成鍵盤、顯示等功能就必須對(duì)8031進(jìn)行存儲(chǔ)器擴(kuò)展和I/O口擴(kuò)展，并且需要容量較大的程序存儲(chǔ)器，外擴(kuò)時(shí)占用的I/O口較多，

37、使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜化。</p><p><b>　　方案二</b></p><p>　　系統(tǒng)采用89C51作為系統(tǒng)的微處理器來完成對(duì)爐溫的控制和鍵盤顯示功能。8051片內(nèi)除了128KB的RAM外，片內(nèi)又集成了4KB的ROM作為程序存儲(chǔ)器，是一個(gè)程序不超過4K字節(jié)的小系統(tǒng)。系統(tǒng)程序較多時(shí)，只需要外擴(kuò)一個(gè)容量較小的程序存儲(chǔ)器，占用的I/O口減少，同時(shí)也為鍵盤、顯示等功能的設(shè)

38、計(jì)提供了硬件資源，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，降低了成本。因此89C51可以完成設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　綜上所述的二種方案，該設(shè)計(jì)選用方案二比較合適。</p><p><b>　　3.2 控制算法</b></p><p>　　3.2.1 控制算法的確定</p><p>　　PID調(diào)節(jié)是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)最成熟的、應(yīng)用最廣泛的一種控制

39、算方法。它結(jié)構(gòu)靈活，不僅可以用常規(guī)的PID調(diào)節(jié)，而且可以根據(jù)系統(tǒng)的要求，采用各種PID的變型，如PI、PD控制及改進(jìn)的PID控制等。它具有許多特點(diǎn)，如不需要求出數(shù)學(xué)模型、控制效果好等，特別是在微機(jī)控制系統(tǒng)中，對(duì)于時(shí)間常數(shù)比較大的被控制對(duì)象來說，數(shù)字PID完全可以代替模擬PID調(diào)節(jié)器，應(yīng)用更加靈活，使用性更強(qiáng)。所以該系統(tǒng)采用PID控制算法[8]。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如下：</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖&l

40、t;/p><p>　　3.2.2 電阻爐的數(shù)學(xué)模型及工藝要求</p><p>　　由理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，電阻爐可用一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)加一個(gè)延時(shí)環(huán)節(jié)來近似代替，由于本系統(tǒng)控制的電阻爐工作時(shí)是密封加溫的，沒有其它擾動(dòng)因素，輸入的電功率可以認(rèn)為全部用于電阻爐的升溫，其數(shù)學(xué)模型為</p><p><b>　　（3-1）</b></p>&l

41、t;p>　　其中，θ（s）為爐溫，U（s）為輸入電壓，K、TP、τ為爐子的參數(shù)。</p><p>　　然在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度是極為普遍又極為重要的熱工參數(shù)之一，為了保證生產(chǎn)過程正常安全的運(yùn)行，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)節(jié)約能源,須要求加熱用的各種電爐在一定的條件下保持恒溫，不能隨電壓的波動(dòng)而變化.或者有的電爐根據(jù)工藝要求按照某個(gè)指定的升溫或保溫律而變化，且超調(diào)量小或者無超調(diào)量，穩(wěn)定性好，不振蕩。

42、根據(jù)工藝的要求不同，大體上可以歸納為以下幾個(gè)過程：</p><p>　　1.自由升溫段，這一工藝過程要求執(zhí)行元件向電阻爐輸送最大能量，使加熱爐全速升溫到某一值，升溫的時(shí)間和速度沒有具體要求，這時(shí)單片機(jī)不需要進(jìn)行控制工作，只需檢測(cè)爐溫。</p><p>　　2.恒溫段，這一工藝過程是溫度控制的主要工藝過程，它要求控制系統(tǒng)保證爐溫在各種干擾下能穩(wěn)定在允許范圍內(nèi)。</p><

43、p>　　3.自由降溫段，這一工藝過程中執(zhí)行元件不再向爐子輸送能量，讓其自然冷卻到某一溫度，此時(shí)單片機(jī)只需監(jiān)測(cè)爐溫即可，有時(shí)甚至無須做任何工作。</p><p>　　圖3-2 電阻爐溫度控制的工藝曲線</p><p><b>　　4系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.1系統(tǒng)任務(wù)</b></p&

44、gt;<p>　　以單片機(jī)為控制核心元件及相應(yīng)的組成元件構(gòu)成的電阻爐溫度控制系統(tǒng)。是該系統(tǒng)能夠被恒溫控制，并結(jié)合對(duì)其主電路、控制電路和相應(yīng)的保護(hù)電路，保證該系統(tǒng)能夠安全可靠地工作。</p><p>　　4.2系統(tǒng)組成及工作原理</p><p><b>　　系統(tǒng)的組成框圖如下</b></p><p>　　圖4-1系統(tǒng)的組成框圖<

45、;/p><p>　　系統(tǒng)的工作原理：熱電偶將爐膛內(nèi)的溫度轉(zhuǎn)換為模擬的電壓信號(hào)，經(jīng)低通濾波過濾掉一些干擾信號(hào)后送入放大器中，使信號(hào)被放大到0—5V后然后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入單片機(jī)。同時(shí)，熱電偶的冷端溫度也由IC溫度傳感器變換為電壓信號(hào)，經(jīng)放大后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換送單片機(jī)。標(biāo)度變換程序根據(jù)爐溫給定值T0與檢測(cè)值T的偏差△T，按積分分離的PID控制算法得到輸出控制量Uct。數(shù)字觸發(fā)器程序根據(jù)輸出控制量U控制晶閘管導(dǎo)通

46、時(shí)間，調(diào)節(jié)爐溫使之與給定恒溫值一致。過零檢測(cè)電路中每當(dāng)電源正跳變時(shí)輸出一個(gè)正脈沖，作為數(shù)字觸發(fā)器的同步信號(hào)。顯示與恒溫判斷程序完成爐溫T與恒溫時(shí)間顯示、恒溫開始與恒溫完成判別、恒溫完成時(shí)給出聲光指示信號(hào)。斷偶判斷程序根據(jù)溫度檢測(cè)值判斷溫度傳感器是否開路，若開路，則發(fā)出斷偶報(bào)警信號(hào)。恒溫時(shí)間和恒溫值在系統(tǒng)運(yùn)行前由鍵盤直接送到指定單元。</p><p><b>　　5硬件設(shè)計(jì)</b></p

47、><p>　　5.1 AT89C51介紹</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。

48、該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案[9][10]。</p><p><b>　　（1）主要特性</b></p>

49、<p>　　1）與MCS-51兼容</p><p>　　2）4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器</p><p>　　3）壽命：1000寫/擦循環(huán)</p><p>　　4）數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年</p><p>　　5）全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz</p><p>　　6）三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定</p><

50、p>　　7）128*8位內(nèi)部RAM</p><p>　　8）32可編程I/O線</p><p>　　9）兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　10）5個(gè)中斷源</b></p><p>　　11）可編程串行通道</p><p>　　12）低功耗的閑置和掉電模式</p>

51、;<p>　　13）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路</p><p><b>　　（2）管腳說明</b></p><p>　　1）VCC：供電電壓。</p><p><b>　　2）GND：接地。</b></p><p>　　3）P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電

52、流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>　　4）P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)

53、，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。</p><p>　　5）P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2

54、口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。</p><p>　　6）P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）

55、這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下：</p><p>　　P3口管腳 備選 功能</p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口）</p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口）</p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0）</p><p>　　P3.3 /INT1（

56、外部中斷1）</p><p>　　P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）</p><p>　　P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）</p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）</p><p>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）</p><p>　　P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。&

57、lt;/p><p>　　7)RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。

58、如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。</p><p>　　8）/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。</p><p>　　

59、9）/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p><p>　　10）XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。</p><p>　　11）X

60、TAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p>　　5.2 溫度檢測(cè)及放大電路</p><p>　　本系統(tǒng)選用鎳鉻-鎳鋁熱電偶作為爐溫測(cè)量傳感器，冷端溫度測(cè)量選用IC溫度傳感器AD590，電路如圖5-1所示。</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)要求的溫度范圍，本設(shè)計(jì)選用分度號(hào)為EU-2的鎳鉻-鎳鋁熱電偶，當(dāng)其測(cè)溫值為：0～700℃ ，對(duì)應(yīng)的輸出熱電勢(shì)為：0～29.13

61、mV，并且該熱電偶的精度高，穩(wěn)定性好。</p><p>　　另外，由于熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)是由冷熱端的溫度差而產(chǎn)生的，輸出熱電勢(shì)是根據(jù)冷端溫度為0℃ 時(shí)所得到的，而實(shí)際上這是很難做到的，所以，在變送器的放大電路中，需要設(shè)計(jì)一個(gè)冷端溫度補(bǔ)償電路。當(dāng)然，也可以用軟件的方法對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，為了簡(jiǎn)化程序，在本設(shè)計(jì)中采用IC溫度傳感器AD590對(duì)冷端溫度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，能夠達(dá)到同樣的效果。</p><p>

62、;　　圖5-1中，TC為熱電偶，其電壓輸出決定于熱端與冷端的溫度差。理論上應(yīng)使冷端溫度為基點(diǎn)，即零度，而實(shí)際上冷端通常為室溫。所以，采用AD590對(duì)冷端溫度進(jìn)行溫度補(bǔ)償。AD590的輸出電源電流I與其環(huán)境溫度T1成正比，電阻R上的輸出電壓為Uout=IR，選擇R使Uout在A/D允許的范圍內(nèi)，這里選R=10K。其輸出的模擬信號(hào)送模數(shù)轉(zhuǎn)換器IN1。</p><p>　　熱端每變化1度，熱電偶有幾十微伏的電位輸出。經(jīng)

63、C1，C2，R2組成濾波電路，過濾帶50HZ的干擾信號(hào)。采用OP07運(yùn)放組成的低漂移高精度前置放大器，對(duì)幾十微伏變化信號(hào)測(cè)量比較精確，其放大倍數(shù)與Rf/R1(本系統(tǒng)為50K/5K=10)成正比，其中，OP07的1，7，8端與RW1構(gòu)成調(diào)零電路。前置放大器的輸出為mV級(jí)信號(hào)，再接一級(jí)由運(yùn)放741構(gòu)成的續(xù)接放大器就可將mV級(jí)信號(hào)放大到需要的幅度[11]，如：</p><p>　　圖5-1 檢測(cè)放大電路</p&g

64、t;<p>　　其放大的倍數(shù)與Rf1/R11(本系統(tǒng)為50K/5K=10)的比值成正比。運(yùn)放741的1，4，5端與RW2構(gòu)成調(diào)零電路。兩級(jí)共放大100倍，滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　5.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)任務(wù)要求，本系統(tǒng)中模數(shù)轉(zhuǎn)換器選用8位的逐次逼近式（逐次比較式）。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器是一種速度較快、精度較高的轉(zhuǎn)換器，它是通過最高位至最

65、低位的逐次檢測(cè)來逼近被轉(zhuǎn)換的輸入電壓[12]。一個(gè)N位的逐次逼近法A/D轉(zhuǎn)換器的原理圖如圖5-2所示。</p><p>　　圖5-2 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　5.4 時(shí)針及復(fù)位電路</p><p>　　8051芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為XTAL1,輸入端為XTAL2，分別是8051的19腳和18腳。</p&g

66、t;<p>　　在XTAL1和XTAL2兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。電容器C1和C2通常取值為30PF，對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及起振速度有少許影響。本電路采用12M晶振發(fā)生器。其與8051的接線如圖5-3所示。</p><p><b>　　圖5-3 時(shí)針電路</b></p><p>　　復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位

67、兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵脈沖復(fù)位是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實(shí)現(xiàn)的；按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與Vcc電源接而實(shí)現(xiàn)的。本系統(tǒng)使用按鍵電平復(fù)位，其電路如圖5-4所示。</p><p><b>　　圖5—4 復(fù)位電路</b></p><p>　　5.5 過零檢測(cè)電路</p&

68、gt;<p>　　過零檢測(cè)電路在每個(gè)電源周期開始時(shí)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，作為觸發(fā)器的同步信號(hào)，其電路如圖5-5（a）所示，圖中GND為+5V電源地，LM339為過零比較器，二極管作LM339的輸入保護(hù)[12]。電路的工作波形如圖5-5（b）所示。</p><p>　　圖5-5 過零檢測(cè)電路</p><p><b>　　5.6 晶閘管電路</b></p>

69、;<p>　　本系統(tǒng)采用雙向可控硅控制電熱元件消耗電能。雙向可控硅由于其能夠雙向?qū)?，因此可看作“雙向閘流管”。采用可控硅的驅(qū)動(dòng)電路是其主電路與控制電路之間的接口。驅(qū)動(dòng)電路為雙向晶閘管提供開通控制信號(hào)，它還提供了控制電路與主電路的電氣隔離，一般采用光耦合器，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。雙向可控硅管和加熱絲接在220V、50HZ的交流電回路?？煽毓杩刂萍訜犭娐啡鐖D5-6所示[12]。</p><p>　　圖

70、5-6 晶閘管電路</p><p>　　5.7 鍵盤顯示電路及報(bào)警電路</p><p>　　5.7.1 鍵盤顯示電路介紹</p><p>　　系統(tǒng)控制的溫度是個(gè)百位數(shù)，因此需要使用三個(gè)數(shù)碼管來顯示。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常采用七段LED數(shù)碼管來顯示數(shù)字，七段顯示器就其本質(zhì)而言是一個(gè)包含七個(gè)或八個(gè)發(fā)光二極管的顯示電路。</p><p>　　5.7.2

71、 報(bào)警電路</p><p>　　本系統(tǒng)中分別設(shè)計(jì)了斷偶報(bào)警信號(hào)和恒溫完成報(bào)警信號(hào)，均采用揚(yáng)聲器加指示燈的方法來進(jìn)行報(bào)警[14]，其電路如圖5-7所示。</p><p>　　若出現(xiàn)斷偶故障，則輸入P2.5由低變高，紅色指示燈亮，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。若恒溫時(shí)間到，則輸入P2.4由低變高，黃色指示燈亮，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。</p><p><b>　　圖5-7

72、報(bào)警電路</b></p><p><b>　　6軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　6.1主程序的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在溫度檢測(cè)和控制之前，首先將電阻爐溫控制系統(tǒng)須進(jìn)行初始化，此工作由主程序完成。主程序的功能包括系統(tǒng)的初始化，恒溫溫度與恒溫時(shí)間的輸入處理，當(dāng)前溫度的顯示和恒溫時(shí)間的顯示，

73、恒溫開始與恒溫完成判斷及處理，采樣周期到的判斷及處理[15]。其程序流程圖如下：</p><p>　　圖6-1 主程序流程圖</p><p>　　6.2數(shù)據(jù)檢測(cè)及標(biāo)度變換子程序</p><p>　　該程序主要完成爐溫、冷端溫度的輸入、標(biāo)度變換、冷端補(bǔ)償及斷偶判斷等工作。其程序流程圖如6-2所示。</p><p>　　冷端溫度變換采用線性變換，

74、由圖5-1知R1上的電壓為</p><p><b>　　（6-1）</b></p><p>　　（θ1以℃為單位），單片機(jī)A/D參考電壓為5V，最大數(shù)字量為255，若測(cè)得的數(shù)字量為e1，則冷端溫度θ1為</p><p><b>　　（6-2）</b></p><p>　　式中，Uout單位為V；θ1

75、單位為℃。</p><p>　　由于溫度是一個(gè)很大的純滯后環(huán)節(jié)，因此可以把系統(tǒng)的采樣控制周期設(shè)定得比較長(zhǎng)，在本服務(wù)程序我們把數(shù)據(jù)采集控制的周期設(shè)為4s，由于控制對(duì)象用到的是工頻為50HZ的交流電源，在4s內(nèi)一共有200個(gè)周波數(shù)，系統(tǒng)采用對(duì)這200個(gè)周波進(jìn)行計(jì)數(shù)來等待定時(shí)采樣、控制周期的到來。</p><p>　　由于熱電偶輸出電動(dòng)勢(shì)的非線性，爐溫檢測(cè)值的標(biāo)度變換采用分段線性插值，考慮到恒溫

76、精度和恒溫值的變化范圍，我們將0-1000℃分為20等份，每50℃為一段，共20段，在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，可以事先將每一段的端點(diǎn)處溫度及對(duì)應(yīng)的AD數(shù)字量存入轉(zhuǎn)換表中。進(jìn)行變換后，首先確定檢測(cè)值在哪一段，然后再取該段的端點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性變換，變換的公式為 </p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　其中為檢測(cè)θ轉(zhuǎn)換后的溫度攝氏度值，θi為所在段的下端

77、點(diǎn)溫度值，Ei和分Ei+1別為所在段的下、上端點(diǎn)的溫度數(shù)字量，E為檢測(cè)轉(zhuǎn)換的數(shù)字量。這便是本系統(tǒng)溫度標(biāo)度變換的理論。</p><p>　　斷偶故障是根據(jù)爐溫和冷端溫度檢測(cè)值是否達(dá)到正常工作不可能達(dá)到讀極限值來判斷的。溫度傳感器和放大器正常工作時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果小于250，當(dāng)工作不正常時(shí)（斷偶），放大器輸出達(dá)到+5V，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果為255。為了防止因干擾信號(hào)而產(chǎn)生失誤，采取了故障計(jì)數(shù)，當(dāng)連續(xù)三次出現(xiàn)檢測(cè)值大于25

78、0時(shí)，則認(rèn)為出現(xiàn)斷偶故障，將斷偶標(biāo)志置1。斷偶故障的處理由主程序完成。圖6-2即為數(shù)據(jù)檢測(cè)及標(biāo)度變換子程序的程序流程圖。</p><p>　　圖6-2數(shù)據(jù)檢測(cè)及標(biāo)度變換子程序</p><p>　　6.3鍵盤顯示子程序</p><p>　　6.3.1 鍵盤子程序功能</p><p>　　系統(tǒng)中的鍵盤顯示擴(kuò)展是用8279來實(shí)現(xiàn)的，鍵盤和LED顯示

79、利用8279內(nèi)部定時(shí)掃描來實(shí)現(xiàn)。設(shè)LED顯示的掃描頻率為50HZ，在一個(gè)掃描周期內(nèi)每個(gè)LED顯示的時(shí)間為1ms,所以每20ms就有8ms用于顯示的掃描，其余12ms用于其它服務(wù)程序的執(zhí)行。而溫度控制和采樣周期設(shè)為4s，利用對(duì)過零檢測(cè)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，在這里用單片機(jī)自帶的計(jì)數(shù)器T0，初始值設(shè)為200，每出現(xiàn)一個(gè)電源周波計(jì)數(shù)器減1。然后進(jìn)行一次溫度數(shù)據(jù)采集，然后進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)度變換，把其轉(zhuǎn)化為溫度值。再根據(jù)測(cè)得的溫度值和從鍵盤輸入的設(shè)定值進(jìn)行比

80、較，當(dāng)測(cè)量值少于設(shè)定值的85%，則進(jìn)行全速升溫，往導(dǎo)通周波數(shù)計(jì)數(shù)器寄存器20H和21H分別送數(shù)據(jù)200；當(dāng)測(cè)量值介于設(shè)定值的95%時(shí)，進(jìn)行PD運(yùn)算，得出的導(dǎo)通周波數(shù)也同樣送往20H、21H；當(dāng)測(cè)溫值大于95%時(shí)，進(jìn)行PID運(yùn)算，結(jié)果也往20H、21H送。</p><p>　　計(jì)算結(jié)果。值得注意的是，由于每個(gè)采樣周期內(nèi)有200個(gè)周波數(shù)，所以當(dāng)20H減到0時(shí)，立即把21H的值裝入20H，再一次進(jìn)行導(dǎo)通控制，直到下一次

81、采樣周期的到來。</p><p>　　6.3.2 顯示子程序介紹</p><p>　　顯示系統(tǒng)是人機(jī)進(jìn)行信息傳遞的接口系統(tǒng)，本系統(tǒng)作為一個(gè)溫度控制系統(tǒng)，必須通過顯示系統(tǒng)了解當(dāng)前溫度值和設(shè)定溫度值，以及其它的一些參數(shù)，因此，本系統(tǒng)需要擴(kuò)展7個(gè)LED顯示，分成兩組來分別顯示當(dāng)前檢測(cè)溫度和恒溫時(shí)間，左邊三位用來顯示設(shè)定的恒溫溫度，右邊四位用來顯示恒溫時(shí)間運(yùn)行的時(shí)間。在該顯示系統(tǒng)中，設(shè)定了顯示緩沖

82、區(qū)，都建立在片內(nèi)的RAM中，其中60H—62H作為當(dāng)前恒溫溫度的顯示緩沖區(qū)，60H為高位，62H為低位；64H—67H作為當(dāng)前檢測(cè)溫度的顯示緩沖區(qū)，同樣，64H為高位，67H為低位。</p><p><b>　　6.4數(shù)字調(diào)節(jié)器</b></p><p>　　按溫度控制的工藝要求可以把電阻爐的工作過程分為三段：自由升溫段、恒溫段和自然降溫段，其中需要單片機(jī)參與控制的就是

83、恒溫段，在本程序里面，采用了PD與PID相結(jié)合的算法，它有效地減少了系統(tǒng)的超調(diào)和穩(wěn)態(tài)誤差。</p><p>　　為了減小超調(diào)和消除振蕩現(xiàn)象，當(dāng)溫度的檢測(cè)值到達(dá)給定值的85%時(shí)，系統(tǒng)開始進(jìn)行恒溫控制。采用積分分離的PID調(diào)節(jié)。</p><p>　　此時(shí)系統(tǒng)的控制算法為：當(dāng)溫度檢測(cè)值少于設(shè)定值的85%時(shí)，即溫度偏差△θ ＞0.15 θo 時(shí)，系統(tǒng)為自然全速升溫。其程序流程圖如下：</p&

84、gt;<p>　　圖6-3 溫度數(shù)字調(diào)節(jié)子程序流程圖</p><p><b>　　6.5數(shù)字觸發(fā)器</b></p><p>　　數(shù)字觸發(fā)器準(zhǔn)備程序是根據(jù)調(diào)節(jié)器輸出Uct（k）對(duì)導(dǎo)通周波計(jì)數(shù)器CK置初值，并對(duì)采樣周期定時(shí)器CL置初值。INT0在每個(gè)電源正負(fù)跳變均產(chǎn)生中斷申請(qǐng)，執(zhí)行其中斷服務(wù)程序時(shí)，完成采樣周期定時(shí)和晶閘管導(dǎo)通控制，并對(duì)導(dǎo)通周波計(jì)數(shù)。當(dāng)晶閘管

85、在某周波可導(dǎo)通時(shí)，P1.0口輸出正脈沖。</p><p>　　該程序在一個(gè)采樣周期開始時(shí)，執(zhí)行數(shù)字調(diào)節(jié)程序之后開始執(zhí)行。完成兩項(xiàng)工作：第一將一個(gè)采樣周期（4s）所對(duì)應(yīng)的電源周波數(shù)200置入采樣周期定時(shí)計(jì)數(shù)器CL；第二將調(diào)節(jié)器輸出Uct（k）變換為導(dǎo)通周波數(shù)置入Ck，由于工頻電源在一個(gè)采樣周期（4s）有200個(gè)周波，而Uct（k）的最大值亦為200個(gè)周波全部導(dǎo)通。</p><p><b

86、>　　6.6中斷服務(wù)程序</b></p><p>　　本程序完成采樣周期定時(shí)和晶閘管導(dǎo)通控制。</p><p>　　采樣周期定時(shí)用對(duì)電源周波計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)時(shí)，選取采樣周期為4s ,對(duì)于工頻電源則有200個(gè)周波。設(shè)置一個(gè)計(jì)數(shù)器CL，在采樣周期開始時(shí)，由準(zhǔn)備程序置初值為200，每經(jīng)過一個(gè)電源周波（正或者負(fù)跳變時(shí)），其值減1，當(dāng)CL為0時(shí)，采樣周期到，開始下一個(gè)采樣

87、周期。</p><p>　　晶閘管導(dǎo)通控制采用仿PWM方法：電源正跳變時(shí)，若CK/CL≥0.5時(shí)，則置P1.0產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，觸發(fā)晶閘管在電源正半波導(dǎo)通，否則不產(chǎn)生觸發(fā)脈沖；負(fù)跳變時(shí)，若CK/CL≥0.5，則置P1.0產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，觸發(fā)晶閘管在電源負(fù)半波導(dǎo)通，CK、CL均減1，否則不產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，僅CL減1。這種方法可使導(dǎo)通周波均勻的分布在采樣周期中。</p><p>　　程序框圖如圖6

88、-4所示。</p><p>　　設(shè)置P1.0使之產(chǎn)生一個(gè)窄脈沖，正負(fù)跳變之間，正跳變觸發(fā)時(shí)間為T1當(dāng)前值+△T，負(fù)跳變觸發(fā)時(shí)間為T1當(dāng)前值+△T+δ，△T為從設(shè)置到觸發(fā)的最小允許時(shí)間所對(duì)應(yīng)的時(shí)間常數(shù)，δ為脈沖寬度對(duì)應(yīng)的時(shí)間常數(shù)。設(shè)置后，經(jīng)過2△T（μs），即可在P1.0端輸出一個(gè)寬度約為2δ（μs）的正脈沖。</p><p>　　圖6-4 INT0中斷服務(wù)程序流程圖</p>

89、<p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)以電阻爐為被控對(duì)象，通過對(duì)電阻爐對(duì)象工藝特性的研究和分析來確定電阻爐爐溫控制系統(tǒng)的構(gòu)成及方案，區(qū)別傳統(tǒng)的控制方案，結(jié)合先進(jìn)的溫度控制理念，以單片機(jī)為核心，運(yùn)用PID控制實(shí)現(xiàn)了對(duì)電阻爐的爐溫的控制。</p><p>　　在硬件部分選擇上選用可靠性較高的，靈敏度適宜的元件，以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的各個(gè)部分的功

90、能為前提，參考相關(guān)資料，并結(jié)合自身所學(xué)，完成了硬件大致設(shè)計(jì)。</p><p>　　由于本論文的重點(diǎn)在軟件方面，所以對(duì)各個(gè)功能部分進(jìn)行詳細(xì)的和實(shí)用的軟件程序編寫。同時(shí)本設(shè)計(jì)詳細(xì)的介紹了電阻爐溫度智能控制系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成和軟件編制思路，將被測(cè)溫度信號(hào)由模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，利用單片機(jī)系統(tǒng)達(dá)到高精度控制要求。該系統(tǒng)有非線性校正、越限報(bào)警、LED顯示和鍵盤輸入等功能，具有操作簡(jiǎn)便、控制算法簡(jiǎn)單,運(yùn)行可靠和較高的性價(jià)比等優(yōu)點(diǎn)

91、，是一種新型的復(fù)合控制方案，具有較高的理論價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 呂小紅, 周鳳星，馬亮．基于單片機(jī)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．微計(jì)算機(jī)信息，2008，24（17）.</p><p>　　[2] 葛譽(yù)．單片機(jī)在電阻爐溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2009，2

92、2(139).</p><p>　　[3] 王霞,唐予軍,王洪瑞,郭立強(qiáng)．基于魯棒自適應(yīng)預(yù)估器的電阻爐溫切換控制[J]．河北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)．2009,5.</p><p>　　[4] 李先鋒，楊國(guó)華，李建春．基于模糊PID的電阻爐溫度控制器的設(shè)計(jì)與仿真研究［J］．技術(shù)和方法，2010．</p><p>　　[5] 余麗平.基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整定的PID溫度控

93、制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)爐，2007,04.</p><p>　　[6] Zhang Hua, Panjuan, Liao Baojian. Real time measurement of temperature field with ICCD as sensor (II)-Principle and method for opLmum design of wavelength[J].Science in Chi

94、na.Ser. E, 1998, 41(5):496.</p><p>　　[7] Pan Ji luan.The measurement device of welding temperature field[J]. Patent No. 93213847.0.1990.07.</p><p>　　[8] 李建霞.30CrMnSiA鋼調(diào)質(zhì)熱處理爐溫智能控制系統(tǒng)[J].新技術(shù)新工藝，20

95、07,04.</p><p>　　[9] 張富學(xué).傳感器應(yīng)用及電路精選[M].北京：電子工業(yè)出版社，1992.</p><p>　　[10] 吳宏鑫,沈少萍.PID控制的應(yīng)用與理論依據(jù)[J].控制工程，2003，10（1）：37-42. </p><p>　　[11] 葛化敏.基于us/OSII的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)和傳感器,2009,06.</p

96、><p>　　[12] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版）[M].高等教育出版社.2005.07.</p><p>　　[13] 馮博琴.微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)[M].清華大學(xué)出版社.2007.8.</p><p>　　[14] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第四版）[M].高等教育出版社.1998.</p><p>　　[15] 王葵.孫

97、熒.電力系統(tǒng)自動(dòng)化[M].中國(guó)電力出版社.2004.04.</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　程序清單</b></p><p><b>　　開始</b></p><p>　　ORG 0000H </p><p>　

98、　AJMP MAIN </p><p>　　ORG 0003H </p><p>　　AJMP KEYS </p><p>　　ORG 000BH </p><p>　　AJMP PTT0 </p><p>　　ORG 001BH </p><p>　　AJMP PTT1

99、 ；中斷入口及優(yōu)先級(jí) </p><p>　　MAIN: MOV SP,#60H </p><p><b>　　CLR 5EH </b></p><p>　　CLR 5FH ；清上、下限越限標(biāo)志 </p><p>　　MOV A,#00H </p><

100、p>　　MOV R7,#09H </p><p>　　MOV R0,#28H </p><p>　　LP1: MOV @R0,A </p><p><b>　　INC R0 </b></p><p>　　DJNZ R7,LP1 </p><p>　　MOV R7,#06

101、H </p><p>　　MOV R0,#39H </p><p>　　LP2: MOV @R0,A </p><p><b>　　INC R0 </b></p><p>　　DJNZ R7,LP2 ；清變量暫存單元 </p><p>　　MOV R7,#

102、06H </p><p>　　MOV R0,#50H </p><p>　　LP3: MOV @R0,A </p><p><b>　　INC R0 </b></p><p>　　DJNZ R7,LP3 ；清顯示緩沖區(qū) </p><p>　　MOV 33H,#00

103、H </p><p>　　MOV 34H,#00H ；賦Kp高、低字節(jié) </p><p>　　MOV 35H,#00H </p><p>　　MOV 36H,#00H ；賦Ki高、低字節(jié) </p><p>　　MOV 37H,#00H </p><p>　　MOV 38H,#00H

104、 ；賦Kd高、低字節(jié) </p><p>　　MOV TMOD,#56H ；T0方式2，T1方式1計(jì)數(shù) </p><p>　　MOV TL0,#06H </p><p>　　MOV TH0,#06H ；T0賦初值 </p><p>　　MOV 25H，#28H </p><p>

105、;　　SETB TR0 ；鍵盤高優(yōu)先級(jí) </p><p><b>　　SETB ET0 </b></p><p><b>　　SETB EX0 </b></p><p>　　SETB EA ；開鍵盤、T0、T1中斷 </p><p>　　LOOP: MO

106、V R0,#56H </p><p>　　MOV R1,#55H </p><p>　　LCALL SCACOV ；調(diào)用標(biāo)度轉(zhuǎn)化-BCD轉(zhuǎn)化子程序 </p><p>　　MOV R0,#53H </p><p>　　LCALL DIR </p><p><b>　　NOP &l

107、t;/b></p><p>　　LCALL DLY10MS </p><p><b>　　NOP </b></p><p>　　LCALL DLY10MS </p><p>　　AJMP LOOP ；等待中斷，循環(huán)顯示當(dāng)前溫度 </p>&

108、lt;p>　　********************************************************** </p><p>　　KEYS: CLR EX0 ；[鍵盤子程序] </p><p><b>　　CLR EA </b></p><p><b>　　PU

109、SH PSW </b></p><p>　　PUSH ACC ；關(guān)中斷，壓棧 </p><p>　　LCALL DLY10MS ；消抖 </p><p>　　CC: JB P3.2,AA </p><p>　　SETB 5DH ；置“顯示設(shè)定溫度”標(biāo)志 &

110、lt;/p><p>　　MOV A,25H ；取運(yùn)算位的值(默認(rèn)為40度) </p><p>　　MOV B,#10 ；進(jìn)行BCD碼轉(zhuǎn)化 </p><p><b>　　DIV AB </b></p><p>　　MOV 52H,A </p><p><

111、b>　　MOV A,B </b></p><p>　　MOV 51H,A </p><p>　　MOV R0,#50H </p><p>　　LCALL DIR ；顯示設(shè)定溫度 </p><p><b>　　NOP </b></p><p>　　L

112、CALL DLY10MS </p><p><b>　　NOP </b></p><p>　　LCALL DLY10MS </p><p>　　JB P1.7,BB </p><p>　　MOV R1,#25H </p><p>　　LCALL DAAD1 ；加一操作

113、</p><p><b>　　NOP </b></p><p>　　LCALL DLY10MS </p><p><b>　　AJMP CC </b></p><p>　　BB: JB P1.6,CC </p><p>　　MOV R1,#25H </p&g

114、t;<p>　　LCALL DEEC1 ；減一操作 </p><p><b>　　NOP </b></p><p>　　LCALL DLY10MS </p><p><b>　　AJMP CC </b></p><p>　　AA: POP AC