畢業(yè)設(shè)計--溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　工業(yè)生產(chǎn)中，實現(xiàn)對加熱爐爐溫的精確控制對產(chǎn)品質(zhì)量、熱處理都是非常重要的。本文以AT89C52單片機為控制核心，進行了加熱爐爐溫控制系統(tǒng)的總體設(shè)計，并重點完成了溫度檢測電路、鍵盤顯示電路、報警電路、時鐘電路、以及溫度控制電路的設(shè)計任務(wù)。該系統(tǒng)功能強、精度高、硬件電路簡單，且工作穩(wěn)定可靠，可實現(xiàn)控制的精度要求。</p>

2、<p>　　關(guān)鍵詞：單片機；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)計方案4</p><p>　　2.1 硬件設(shè)計方案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12</p><p>　　3.1 STC 89C52單片機12</p><p>　　3.1.1 STC89C52單片機的引腳及功能12</p>

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

8、過程自動化的重要任務(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、機械制造、食品加工等行業(yè)中應(yīng)用十分普遍。主要是通過將工業(yè)控制現(xiàn)場的溫度模擬量通過傳感器采集，再經(jīng)過AD/轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入計算機，由溫度控制系統(tǒng)軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、處理、顯示的過程。如今在很多溫度控制系統(tǒng)中，一般是選用單片機來實現(xiàn)。</p><p><b>　　圖1.1 系統(tǒng)框圖</b></p>

9、;<p>　　圖1.1中被測參數(shù)溫度經(jīng)熱電偶WB測量后轉(zhuǎn)換成毫伏信號，經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成0~5V電壓信號；再經(jīng)多路開關(guān)，把8座退火爐的溫度測量信號分時地送到采樣/保持器和A/D轉(zhuǎn)換器進行模擬/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)字控制計算）后，一方面送顯示，并判斷是否有警報，另一方面與給定值進行比較，然后根據(jù)偏差值進行控制計算?？刂破鬏敵鼋?jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成4~20mA

10、電流信號，以帶動執(zhí)行機構(gòu)動作。當(dāng)采樣值大于給定值時，把天燃氣閥門關(guān)小，反之將開大閥門，這樣通過改變進入退火爐的天然氣的流量，達到控制溫度的目的。本系統(tǒng)不但可以進行恒溫控制，而且可以通過軟件設(shè)計使其能按著一定的升溫曲線控制。</p><p>　　退火爐是冷軋鋼板熱處理的重要熱工設(shè)備,在國內(nèi)廣泛應(yīng)用。其各個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)濟危機的大背景下,如何實現(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,時變等特點。其升溫,保溫是依靠其爐內(nèi)的煤氣空氣混合燃燒來達到工藝要求的,降溫則是依靠環(huán)境自然冷卻。爐溫溫度一旦超調(diào)就無法用控制手段使其降溫,因此對于各個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)會導(dǎo)致爐溫控制不穩(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)生底限或超限報警時，將發(fā)出聲光報警信號，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)計方案</p><p>　　2.1 硬件設(shè)計方案</p><p>　　以單片機位核心組成的工業(yè)控制，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，種類繁多，用途各異，硬件設(shè)計涉及到多方面接口電路和結(jié)構(gòu)，如模擬電路，驅(qū)動電路等。本文設(shè)計的各種芯片的原理，結(jié)構(gòu)和應(yīng)用方法，是以89C52單片機位最小應(yīng)用系統(tǒng)的。</p><p>　　在單片機的應(yīng)用系統(tǒng)中，信號往往有數(shù)字或模擬信號混合存在。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算機 （2-1）</p><p>　　式中，1為退火爐時間常數(shù)，K為調(diào)節(jié)體統(tǒng)總的放大倍數(shù)，為系統(tǒng)的純滯后時間，且=NT，T 為采樣周期。</p><p>　　3 主體硬件電路設(shè)計</p>

14、<p>　　3.1 STC 89C52單片機</p><p>　　單片機 (Single-Chip-Microcomputer)又稱微控制器(Microcontroller)，其實就是一個簡化的微機，將微機的CPU、存儲器、串行工/0接口、并行1/0接口、定時器/計數(shù)器等集成在一片芯片上就是單片機了，單片機雖然只是一個芯片，但無論從組成還是從功能上來看它都具有了微機系統(tǒng)的含義。它主要用來完成各種控制功能

15、。相對微機來說，單片機價格很低，非常適用于簡單的控制場合以降低12MHz的方波信號。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘P1和P2，供單片機使用。</p><p>　?。╝）內(nèi)部方式時鐘電路 （b）外部方式時鐘電路</p><p><b>　　圖3.2時鐘電路</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)位是單片機的初始化操作。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動。</p><p>　　除PC之外，復(fù)位操作還對其他一些寄存器有

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>　?。?）復(fù)位信號及其產(chǎn)生</p><p>　　圖3.5 單片機最小系統(tǒng)</p><p>　　3.2. 溫度測量</p><p>　　因為退火爐的溫度測溫范圍是0 ~1000攝氏度，所以根據(jù)設(shè)計要求檢測原件選用鎳

18、鉻-鎳鋁熱電偶（分度號為K），對其輸出信號為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攝氏度時對應(yīng)輸出為0~5伏。</p><p><b>　　5 軟件設(shè)計</b></p><p>　　5.1 設(shè)計思路、流程圖</p><p>　　本系統(tǒng)要完成溫度信號的采集與控制，需要實現(xiàn)溫度信號的采集與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號采集及A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、人機交互、執(zhí)行四大部分進行設(shè)計，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)的硬件是實現(xiàn)溫度控制的基礎(chǔ)，溫度控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計部分包括單片機的控制電路設(shè)計、加

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

21、國內(nèi)地實際情況的基礎(chǔ)上，專門針對在中小企業(yè)加熱爐設(shè)計了以套基于單片機的爐溫自動檢控系統(tǒng)?？紤]到該系統(tǒng)主要是為一些不具備自動化專業(yè)知識的人員設(shè)計，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，擁有人性化的簡易的人機交互平臺。在綜合了各方面因素后，該系統(tǒng)決定以STC89C52單片機為核心來設(shè)計出一套精度高、重復(fù)性好、自動化程度高，可以大大提高產(chǎn)品質(zhì)量和減輕工人的勞動負擔(dān)的爐溫自動控制系統(tǒng)。</p><p>　

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

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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間督促指導(dǎo)我完成設(shè)計任務(wù)。在指導(dǎo)我設(shè)計的這兩個月中，我深刻的