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计算机控制技术 课程设计报告
题 目 电加热炉计算机温度测控系统设计 学院(部) 电子信息工程学院 专 业 自 动 化
学生姓名
学 号 年级 指导教师 职称 2011年 7月1日
目录
第一章 引言 ................................................................................................................................... 2 第二章 系统工作原理 ................................................................................................................... 3 第三章 硬件设计部分 ................................................................................................................... 4
3.1电源部分............................................................................................................................. 4 3.2 A/D转换电路 .................................................................................................................. 4 3.3 温度采样测量部分 ............................................................................................................ 6 3.4 LED显示电路 .................................................................................................................. 6 3.5 功能键................................................................................................................................ 7 3.6 信号输出电路 .................................................................................................................. 8
第四章 软件设计部分 ..................................................................................................................... 9
4.1 系统总程序设计 ................................................................................................................ 9 4.2 A/D 转换器程序流程图 .................................................................................................. 11 4.3 LED显示模块程序流程图 ................................................................................................ 12 4.4报警模块程序设计 ........................................................................................................... 12 4.5 键盘模块程序设计 .......................................................................................................... 13 4.6 控制对象数学模型 .......................................................................................................... 13 心得体会......................................................................................................................................... 15 参考文献......................................................................................................................................... 16
第一章 引言
温度是工业对象中的很重要参数的之一。广泛使用在冶金、化工、机械各类加热炉热、处理炉和反应炉等工业中。电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，已经在冶金、化工、机械等各类工业控制中得到了广泛使用，并且在国民经济中占有举足轻重的地位。对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。
单片机以其高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点，在工业控制系统、智能化仪器仪表等诸多领域得到广泛使用。采用单片机进行炉温控制，可以提高控制质量和自动化水平。
第二章 系统工作原理
本系统的单片机炉温控制系统结构主要由单片机控制器、可控硅输出部分、传感器、温度变送器以及被控对象组成。系统硬件结构框图如图2.1所示。
其工作原理：炉温控制程序及温度和热电偶电势之间的对于关系表存放在EPROM2746中，双向可控硅采用过零触发方式。触发脉冲由过零同步脉冲形成电路提供。在每个工作周期T内的工作占空比和单片机输出的门控脉冲信号决定。键盘和显示器用于各种参数的设置和显示。热电偶和放大器将被测温度转换成热电势信号并放大，再由A/D转换器换成相应的数字量供单片机识别处理。单片机每隔一定时间要启动一次A/D转换、采样一次现场温度，将温度数据和给定温度W进行比较，得到温差，再根据偏差的大小和正负，通过PID控制算法送出1个相应脉冲，让一定数量的触发脉冲在高电平上通过控制门去触发可控硅，送入8031，通过键盘显示来去控制温度。同时反应炉温的热电偶的电势，经冷端补偿后送运算放大器放大，其电压范围为0~10V，将此电压经多路开关送入12位A/D转换器后，计算机通过数据口获得相应的表征炉温的数字量。该数字量经数字滤波、线性化处理以及标度
变换后，一方面通过LED显示炉温，另一方面当采样周期到达时，和设定温度进行比较，再做PD/PID运算；根据运算结果。计算机通过I/O口改变控制脉冲宽度，从而改变双向可控硅在一个固定的控制周期T内导通的时间（或交流电的周波数），即改变电加热炉的平均输入功率，以此达到控温的目的。
电源
键盘 A/D 低漂移转 毫伏放换 警系统硬件结构框图 报51 图2.1 大器 器 模 块单片机 温度变送 热 电 偶 第三章 硬件设计部分 固态继电器温度控制 LED显示 电加热 温度给定值 3.1电源部分 本系统所需电源有220V交流市电、直流5V电压和低压交流电，故需要变压器、整流装置和稳压芯片等组成电源电路。电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动（一般有+-10%左右的波动）、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后,还需要接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。整流装置采用二极管桥式整流，稳压芯片采用78L05,配合电容将电压稳定在5V，供控制电路、测量电路和驱动执行电路中弱电部分使用。除此之外，220V交流市电还是加热电阻两端的电压，通过控制双向可控硅的导通和截止来控制加热电阻的功率。低压交流电即变压器二次侧的电压，通过过零检测电路检测交流电的过零点，送入单片机后，由控制程序决定双向可控硅的导通角，以达到控制加热电阻功率的目的。
3.2 A/D转换电路
本系统采用的是12位A/D转换器AD574，这是一种高性能的12位逐次逼近式A/D转换器，在此设计中采用AD574转换器对信号进行模/数转换。工作流程是：当由传感器传过来模拟信号经放大器放大后，送到AD574转换器转换成单片机能够识别的数字信号。其电路图如图3.1