基于單片機(jī)的加熱爐溫度控制系統(tǒng)

1、文檔從網(wǎng)絡(luò)中收集，已重新整理排版.word版本可編輯歡迎下載支持.遼寧工業(yè)大學(xué)單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）題目：加熱爐溫度控制器設(shè)計(jì)院（系）：電氣工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：電氣122學(xué) 號(hào)：120303040學(xué)生姓名：馬馳指導(dǎo)教師： （簽字）起止時(shí)間：2015. 06. 22-2015. 07. 05Iword版本可編輯.歡迎下載支持.課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語院（系）：電氣工程學(xué)院教研室：號(hào) 學(xué)221X 氣 電 馳 馬課程設(shè)計(jì) （論文） 題目課程設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)熱溫務(wù)最胺理筋數(shù)期縫求血哄耽統(tǒng) 溫M計(jì)CP溫步程術(shù)訃 計(jì)/丿r按述 高氣設(shè) 12.3.4 技1 .2.設(shè)1 .2.3.闡進(jìn)度計(jì)劃剛術(shù)

2、心閔進(jìn)和佻iH辯 查總CP溫步程軟設(shè)答 天天心天天天天天伐 123-5-67891 第第第第第第第第第指導(dǎo)教師評(píng)語及成績(jī)?nèi)赵?養(yǎng)年 瓣答:驥 時(shí) 成 平 總注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60%答辯20%以百分制計(jì)算隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論和控制技術(shù)的發(fā)展，電加熱爐的溫度控制技術(shù)日 趨成熟，已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要部分。本設(shè)計(jì)為基于單片機(jī)的電加熱爐溫度控制系統(tǒng)，通過控制電阻絲兩端電壓的 工作時(shí)間，來控制電阻絲的輸出平均功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電加熱爐溫度的自動(dòng)控制。 系統(tǒng)分為溫度測(cè)量、A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)系統(tǒng)、鍵盤操作系統(tǒng)、溫度顯示電路、D/A 轉(zhuǎn)換等若干個(gè)功能模塊。該系統(tǒng)具有硬件成本低，控溫精度較高

3、，可靠性好，抗 干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：電加熱爐；單片機(jī)；溫度控制：固態(tài)繼電器;5第1章緒論11.1單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)概況11.2本文研究?jī)?nèi)容2第2章CPU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)32. 1溫度控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案32.2 CPU的選擇42. 3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展62.4復(fù)位電路設(shè)計(jì)72.5時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)82.6 CPU最小系統(tǒng)圖9第3章 溫度傳感器輸入輸出接口電路設(shè)計(jì)103. 1溫度檢測(cè)傳感器的選擇103.2模擬量檢測(cè)接口電路設(shè)計(jì)113. 3溫度檢測(cè)輸出接口電路設(shè)計(jì)123.4人機(jī)對(duì)話接口電路設(shè)計(jì)15第4章加熱爐溫度控制軟件設(shè)計(jì)164. 1軟件實(shí)現(xiàn)功能綜述164. 2流程圖設(shè)計(jì)164.2.1主程序流程圖設(shè)計(jì)1

4、64.2.2模擬量檢測(cè)流程圖設(shè)計(jì)174.2.3單片機(jī)流程圖設(shè)計(jì)184. 3程序清單19第5章系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析255. 1系統(tǒng)原理圖255. 2系統(tǒng)原理綜述265. 3硬件仿真圖275. 4軟件調(diào)試結(jié)果2830參考文獻(xiàn)第1章緒論1.1單片機(jī)溫度控制背景及國(guó)內(nèi)外研究概況概況溫度控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器 來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比，仍然有著較大的差 距。成熟的溫控產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它們只能適應(yīng)一般溫 度系統(tǒng)控制，而用于較高控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國(guó)內(nèi)技術(shù)還不十分成熟, 形成商品化并廣

5、泛應(yīng)用的控制儀表較少。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及加入WTO,我國(guó)政府及企業(yè)對(duì)此都非常重視，對(duì)相關(guān)企業(yè)資源 進(jìn)行了重組，相繼建立了一些國(guó)家、企業(yè)的研發(fā)中心，開展創(chuàng)新性研究，使我國(guó)儀表工業(yè) 得到了迅速的發(fā)展。隨著新技術(shù)的不斷開發(fā)與應(yīng)用，近年來單片機(jī)發(fā)展十分迅速，一個(gè)以微機(jī)應(yīng)用為主的 新技術(shù)革命浪潮正在蓬勃興起，單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到電力、冶金、化工、建材、機(jī)械、 食品、石油等各個(gè)行業(yè)。傳統(tǒng)的溫度釆集方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且精度差，單片機(jī)的岀現(xiàn) 使得溫度的采集和數(shù)據(jù)處理問題能夠得到很好的解決。溫度是工業(yè)對(duì)象中的一個(gè)重要的被 控參數(shù)。然而所釆用的測(cè)溫元件和測(cè)量方法也不相同；產(chǎn)品的工藝不同，控制溫度的精度 也不

6、相同。因此對(duì)數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制方法也不相同。傳統(tǒng)的控制方式已不能滿 足高精度，高速度的控制要求，如溫度控制表溫度接觸器，其主要缺點(diǎn)是溫度波動(dòng)范用大, 山于它主要通過控制接觸器的通斷時(shí)間比例來達(dá)到改變加熱功率的LI的，受儀表本身誤差 和交流接觸器的壽命限制，通斷頻率很低。近兒年來快速發(fā)展了多種先進(jìn)的溫度控制方式，如：PID控制，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 及遺傳算法控制等。這些控制技術(shù)大大的提高了控制精度，不但使控制變得簡(jiǎn)便，而且使 產(chǎn)品的質(zhì)量更好，降低了產(chǎn)品的成本，提高了生產(chǎn)效率。本系統(tǒng)要求有數(shù)據(jù)處理，顯示功 能等，被控對(duì)象為一階慣性環(huán)節(jié)和一階積分環(huán)節(jié)的組合，慣性時(shí)間常數(shù)為2s,開環(huán)增益 21

7、0,溫度控制范圍為50150Co本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)作為核心進(jìn)行控制。單片機(jī)具有集成度高，通用性好，功能強(qiáng)，特 別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字、 智能化方面有廣泛的用途。本系統(tǒng)使用8051單片機(jī)，使溫度控制大為簡(jiǎn)便。1.2本文研究?jī)?nèi)容本文主要包括以下內(nèi)容：1. 以單片機(jī)為核心，建立自動(dòng)控制系統(tǒng)，構(gòu)建按鍵、釆樣、顯示以及輸出等外圍電 路，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的搭建，建立電加熱爐系統(tǒng)的仿真圖；2. 畫出軟件流程圖，根據(jù)流程圖編寫程序，并對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，使其符合系統(tǒng)的具體 要求；3. 將所編寫的程序下載到單片機(jī)中去，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體調(diào)試，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整個(gè) 功能，設(shè)計(jì)

8、出符合實(shí)際要求的系統(tǒng)。1第2章CPU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1溫度控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框如圖2. 1所示，系統(tǒng)由8051單片機(jī)、溫度檢測(cè)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換 電路、溫度控制電路、8279鍵盤顯示器等組成。爐內(nèi)溫度山熱電阻測(cè)溫元件和電 阻元件構(gòu)成的橋式電路測(cè)量并轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)送給放大器的輸入端，使信號(hào)變成 0-5V電壓信號(hào)，再經(jīng)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)CD4051將信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換器，將此數(shù)字量 經(jīng)過數(shù)字濾波，標(biāo)度轉(zhuǎn)換后，一方面通過LED將爐溫顯示出來；另一方面，將該 溫度值與被測(cè)溫度值比較，根據(jù)其偏差值的大小，采用比例微分控制（PID控制）， 通過固態(tài)繼電器控溫電路控制電爐絲的加熱功率大小，從而控制電爐的溫

9、度，使 其逐漸趨于給定值且達(dá)到平衡。圖2. 1過程層原理框圖2.2 CPU的選擇本文采用8051單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。38051有40條引腳。其中有2條主電源引腳，2條外接晶體引腳，4條控制或 其它電源復(fù)用的引腳，32條I/O引腳，如圖2. 2所示。由于8051片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器的地址有限，因此需要擴(kuò)展。單片機(jī)的40個(gè)引腳大致可分為4類：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。1. 電源：VCC -芯片電源，接+5V；(2) VSS -接地端；2. 時(shí)鐘:XTAL1、XTAL2 -晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。3. 控制線:控制線共有4根：(1) ALE/PR0G:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈

10、沖 ALE功能：用來鎖存P0 口送出的低8位地址 PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入 編程脈沖。(2) PSEN:外ROM讀選通信號(hào)。(3) RST/VPD:復(fù)位/備用電源。 RST (Reset)功能：復(fù)位信號(hào)輸入端。 VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。(4) EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。 EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。 Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片S在EPROM編程期間，施加編程電源Vppo4. I/O 線：8051 共有 4 個(gè) 8 位并行 I/O 端口： P0、Pl、P2、P3 口，共 32 個(gè) 引腳。P3 口

11、還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)(屬控制總線)。15 TTPIOPllP20PI2P2】PI3P22P14P23PI5P24P16P25P17P26P27MTIWIPPOOP01TlPO2IDM3P(UEA/VPP-LihThi4 mWMWJmilfiiA11111II|-h tef hD a 巳 “ W II X % e, IM IB & h E BBWWW亠皿0ORG：QRGLOOT:OOQiOMOOIBK GXX O?OOK：Etr SOMULJtHOVMOVMOVMOV OV ACAZ.L ACTAXX.2a, a 含 CK, A 2QM, AAa “OJ5AMF yrr

12、-TER亠L(fēng)M幻 _ Cl X inwMm 右 erxsh o_oPC: 000044 DPTR: OOOOXA: 00 P!SW; OOI SP： G7KE:WAVTooixl;8 goo Toooo 88888googgg WE cogggg第6章課程設(shè)計(jì)總結(jié)在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，用8051單片機(jī)作為主控機(jī)，通過外部程序擴(kuò)展電路來實(shí)現(xiàn) 大容量的軟件程序的輸入承載量，通過數(shù)據(jù)采集通道來實(shí)現(xiàn)對(duì)爐內(nèi)各處溫度的檢 測(cè)，在鍵盤及顯示電路一體化的情況下來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的輸入及對(duì)釆集到的數(shù)據(jù)進(jìn) 行顯示。在CPU中把數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理后一方面送去顯示，并判斷是否需要報(bào) 警；另一方面與給定值進(jìn)行比較，然后根據(jù)偏差值進(jìn)

13、行控制計(jì)算。本文一方面結(jié)合 實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，力求做到較為系統(tǒng)和全面的介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施技術(shù)；另一方面 盡可能反應(yīng)出溫控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，以及其先進(jìn)性和實(shí)用性。本系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，在軟件編程上選擇查詢方式，再進(jìn)行相關(guān)的軟 件設(shè)訃和開發(fā)，通過所需的多機(jī)通信接口與總機(jī)的連接可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，不漏報(bào) 的技術(shù)要求。，雖然LI前的工業(yè)爐溫度控制技術(shù)已經(jīng)很先進(jìn)，但為了適應(yīng)科學(xué)技 術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)爐溫的控制技術(shù)還需進(jìn)一步的提高。微機(jī)控制系統(tǒng)的快速計(jì)算、靈活多樣的邏輯判斷和高效的信息加工能力使自 動(dòng)控制進(jìn)人了更高一級(jí)的領(lǐng)域，提高了生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度，減少了人工干預(yù), 并不斷地完善和滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)防科技日益

14、增長(zhǎng)的需要。隨著微機(jī)和單片機(jī) 的推廣使用，實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)化與過程控制相結(jié)合的分級(jí)分布式計(jì)算機(jī)控制，使計(jì) 算機(jī)控制技術(shù)的水平發(fā)展到一個(gè)嶄新的階段。論文在自動(dòng)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，詳 細(xì)闡述了其在電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用。衷心感謝白忙之中批閱論文的老師們。參考文獻(xiàn)I 梅麗鳳等編著單片機(jī)原理及接口技術(shù) 清華大學(xué)出版社2009.7 趙晶主編Protel99高級(jí)應(yīng)用人民郵電出版社，20003于海生編著微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)清華大學(xué)出版社2003.45 高海生.單片機(jī)及應(yīng)用技術(shù)大全M.成都：西南交通大學(xué)出版社,1996.6 王福瑞.單片微機(jī)測(cè)控技術(shù)大全M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,19997 沙占友新型單片機(jī)開關(guān)電源的設(shè)訃與應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社,20019 王曉明單片機(jī)教程