溫度控制系統設計.doc

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1、溫度控制系統設計摘要溫度控制是工業(yè)對象中主要的控制參數之一，其控制系統本身的動態(tài)特性屬于一階純滯后環(huán)節(jié)，象冶金、機械、食品、化工各類工業(yè)中，廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應爐等，對工件的處理溫度要求嚴格控制，計算機溫度控制系統使溫度控制指標得到了大幅度提高。以8031單片機為核心，采用溫度變送器橋路和固態(tài)繼電器控溫電路，實現對電爐溫度的自動控制。該控制系統具有硬件成本低、控溫精度較高、可靠性好、抗干擾能力強等特點。電阻爐爐溫控制系統的控制過程是：單片機定時對爐溫進行檢測，經A/D轉換芯片得到相應的數字量，經過計算機進行數據轉換

2、，得到應有的控制量，去控制加熱功率，從而實現對溫度的控制。關鍵詞：電爐溫度控制系統ADC0809AD轉換器目錄1控制方案總述12硬件電路設計22.1溫度檢測和變送器部分32.2接口電路32.2.1主要特性32.2.2內部結構42.2.3外部特性（引腳功能）42.3接口電路63軟件設計73.1主程序83.2T0中斷服務程序83.3子程序103.3.1采樣子程序SAMP103.3.2數字濾波子程序FILTER103.3.3積分分離PID控制算法的程序設計114基于MATLAB仿真被控對象135結果分析15設計小結17參考文獻18附錄1

3、9溫度控制系統設計1控制方案總述隨著電子技術的發(fā)展，特別是隨著大規(guī)模集成電路的產生，給人們的生活帶來了根本性的變化，特別是微型計算機的出現使現代的科學研究得到了質的飛躍，利用單片機來改造落后的設備具有性價比高、提高設備的使用壽命、提高設備的自動化程度的特點。本設計就是利用單片機來控制高溫加熱爐的溫度，傳統的以普通雙向晶閘管（SCR）控制的高溫電加熱爐采用移相觸發(fā)電路改變晶閘管導通角的大小來調節(jié)輸出功率，達到自動控制電加熱爐溫度的目的。這種移相方式輸出一種非正弦波，實踐表明這種控制方式產生相當大的中頻干擾，并通過電網傳輸，給電力系統

4、造成“公害”。采用固態(tài)繼電器控溫電路，通過單片機控制固態(tài)繼電器，其波形為完整的正弦波，是一種穩(wěn)定、可靠、較先進的控制方法。為了降低成本和保證較高的控溫精度，采用普通的ADC0809芯片和具有零點遷移、冷端補償功能的溫度變送器橋路，使實際測溫范圍縮小。采用AT80C51為核心，結合溫度傳感器熱電偶和AD轉換器來監(jiān)測被控溫度數據，并把數據傳遞給單片機同時顯示實時數據。同時鍵盤會給與要求的控制溫度大小供單片機把其和測量溫度進行比較處理，從而控制執(zhí)行系統的開關量的通斷狀態(tài)，達到溫度檢測、賦值和控制的作用。其系統結構框圖如圖1所示：2硬件電

5、路設計硬件電路如圖2所示：圖2硬件電路圖現對各部分電路分述如下：2.1溫度檢測和變送器部分溫度計的檢測元件和變送器的類型選擇與被控溫度及進度等級有關。鎳鉻/鎳鋁熱電偶適用于0~1000攝氏度的溫度測量范圍，相應輸出電壓為0~41.32mV。變送器由毫伏變送器和電流/電壓變送器組成：毫伏變送器用于把熱電偶輸出的0~41.32mV變換成0~10mA范圍內的電流；電流/電壓變送器用于把毫伏變送器輸出的0~10mA電流變換成0~5V范圍內的電壓。為了提高測量精度，變送器可以進行零點遷移。例如，若溫度測量范圍為0~300攝氏度，則熱電偶輸出

6、為0~12.396mV，毫伏變送器零點遷移后輸出0~10mA范圍的電流。這樣，采用8位A/D轉換器就可以量化溫度誤差達到正負2.34攝氏度以內。2.2接口電路8031的接口電路有8155、2732和ADC0809等芯片。8155用于鍵盤LED顯示器接口，2372可以作為8031的外部ROM存儲器，ADC0809為溫度測量電路的輸入接口。ADC0809是采樣頻率為8位的、以逐次逼近原理進行模——數轉換的器件。其內部有一個8通道多路開關，它可以根據地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉換。2.2.1主要特性

7、1）8路8位A／D轉換器，即分辨率8位。2）具有轉換起?？刂贫恕?）轉換時間為100μs4）單個＋5V電源供電5）模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點和滿刻度校準。6）工作溫度范圍為-40～＋85攝氏度7）低功耗，約15mW。2.2.2內部結構ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A／D轉換器，內部結構如圖13．22所示，它由8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關樹型D／A轉換器、逐次逼近。2.2.3外部特性（引腳功能）ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖3所示。圖3ADC0809引腳圖下面說明各引

8、腳功能。IN0～IN7：8路模擬量輸入端。2-1～2-8：8位數字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。START：A/D轉換啟動信號，輸入，高電平有效。EO