畢業(yè)論文---高精度長(zhǎng)壽命大功率恒溫器電氣控制設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在鋼鐵、機(jī)械、石油化工、電力、工業(yè)爐窯等工業(yè)生產(chǎn)中，電阻爐被廣泛應(yīng)用于其中。而電阻爐是一個(gè)模型隨爐溫變化而變化的對(duì)象，這導(dǎo)致了溫度成為這些行業(yè)極為普遍又極為重要的熱工參數(shù)之一。隨著社會(huì)的發(fā)展，技術(shù)的不斷進(jìn)步，溫度控制的手段越來(lái)越優(yōu)越。而單片機(jī)因其高可靠性

2、和高性價(jià)比，在工業(yè)控制系統(tǒng)，智能化儀器儀表和智能接口等諸多領(lǐng)域內(nèi)得到了極為廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　本文設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為控制核心的爐溫控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含由AVR單片機(jī)及其復(fù)位電路，晶振電路，總線收發(fā)電路，譯碼電路，溫度傳感器與系數(shù)接口，顯示電路，存儲(chǔ)器及接口電路組成的控制器，以溫度為被控制量的閉環(huán)控制系統(tǒng)；基于DS18B20的溫度檢測(cè)，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量；基于交流觸發(fā)器和晶閘管觸發(fā)電路的混合控制，能有

3、效地增加使用壽命和減少調(diào)節(jié)時(shí)間。最終整個(gè)系統(tǒng)能夠達(dá)到響應(yīng)快，精度高，魯棒性強(qiáng)，壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；電阻爐；PID算法；溫度檢測(cè)與控制</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The electric resistance furnace are widely used in th

4、e iron and steel, machinery, petrochemicals, power, industrial furnaces and other industrial production, while it is a model varying with temperature object, which results the temperature become a very common and importa

5、nt thermal parameter in these industries. With the development of society and the technology advances, the means of temperature control are becoming more and more advantageous. The Single-chip Microcomputer is widely use

6、d in in</p><p>　　This article designs the control system of furnace temperature using the core of single-chip microcomputer. This system contains the AVR microcontroller and its reset circuit, crystal oscil

7、lator circuit, the bus transceiver circuit, decoding circuit, temperature sensor and the coefficient of interface, display circuit, the memory controller and the closed-loop control system with temperature controlled obj

8、ect. The temperature detection based on DS18B20, which change the analog to digital conver</p><p>　　Key words：Single-chip Microcomputer；Resistance Furnace； PID Control；Temperature Detection and Control；</

9、p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 系統(tǒng)簡(jiǎn)介1</p><p>　　1.1ATmega8單片機(jī)簡(jiǎn)介1</p><p>　　1.1.1簡(jiǎn)單概述1</p><p>　　1.1.2主要特性1</p><p>　　1.1.3管腳說(shuō)明2

10、</p><p>　　1.2檢測(cè)元件的比較及選擇3</p><p>　　1.2.1熱敏電阻3</p><p>　　1.2.2 AD5903</p><p>　　1.2.3 DS18B204</p><p>　　1.3控制元件的比較及選擇4</p><p>　　1.3.1固態(tài)繼電器4&

11、lt;/p><p>　　1.3.2交流接觸器5</p><p>　　1.3.2晶閘管觸發(fā)電路5</p><p>　　1.4系統(tǒng)的組成6</p><p>　　1.5溫度控制的工藝要求7</p><p>　　1.5.1 全速升溫段7</p><p>　　1.5.2 調(diào)溫段（亦稱保溫段）7&l

12、t;/p><p>　　1.5.3 自然降溫段7</p><p>　　第二章 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.1確定系統(tǒng)任務(wù)8</p><p>　　2.2系統(tǒng)的組成及工作原理8</p><p>　　2.3電阻爐的數(shù)學(xué)模型及爐溫控制曲線9</p><p>　　第三章 硬件設(shè)計(jì)

13、10</p><p>　　3.1主機(jī)電路的設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.2電源電路的設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.3溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.4顯示電路的設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.5 控制執(zhí)行電路17</p><p>　　3.6鍵盤設(shè)置電路的設(shè)計(jì)

14、19</p><p>　　3.7過(guò)限報(bào)警電路19</p><p>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.1主程序的設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.2 PID參數(shù)的計(jì)算20</p><p>　　第五章 測(cè)試與調(diào)整23</p><p>　　5.1 主機(jī)電路的測(cè)試23&l

15、t;/p><p>　　5.2 顯示電路的測(cè)試23</p><p>　　5.3 溫度檢測(cè)電路的測(cè)試23</p><p>　　5.4 控制執(zhí)行電路的測(cè)試23</p><p>　　5.5 硬件測(cè)試實(shí)物圖24</p><p>　　5.6 PID參數(shù)的測(cè)試25</p><p><b>　　

16、結(jié)束語(yǔ)28</b></p><p><b>　　致 謝30</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p>　　附錄A：程序清單32</p><p>　　附錄B：DS18B20驅(qū)動(dòng)41</p><p>　　附錄C：SMC160

17、2A驅(qū)動(dòng)44</p><p>　　第一章 系統(tǒng)簡(jiǎn)介</p><p>　　1.1ATmega8單片機(jī)簡(jiǎn)介</p><p><b>　　1.1.1簡(jiǎn)單概述</b></p><p>　　ATmega8是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間， ATmega

18、8 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。具體的引腳圖如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1 ATmega8引腳圖</p><p><b>　　1.1.2主要特性</b></p><p>　　高性能、低功耗的 8 位AVR微處理器</p><p>　　先進(jìn)的RISC 結(jié)

19、構(gòu)</p><p>　　130 條指令 – 大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期</p><p>　　32個(gè)8 位通用工作寄存器</p><p><b>　　全靜態(tài)工作</b></p><p>　　工作于16 MHz 時(shí)性能高達(dá)16 MIPS</p><p>　　只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器</

20、p><p>　　非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器</p><p>　　8K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，擦寫壽命: 10,000 次</p><p>　　具有獨(dú)立鎖定位的可選Boot 代碼區(qū)，通過(guò)片上Boot 程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程真正的同時(shí)讀寫</p><p>　　512 字節(jié)的EEPROM，擦寫壽命: 100,000 次</p><

21、p>　　1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM</p><p>　　可以對(duì)鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密</p><p><b>　　外設(shè)特點(diǎn)</b></p><p>　　兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器8 位定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器, 其中之一有比較功能</p><p>　　一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16 位定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器<

22、/p><p>　　具有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器RTC</p><p><b>　　三通道PWM</b></p><p>　　TQFP與MLF 封裝的8 路ADC， 8 路10 位ADC</p><p>　　PDIP封裝的6 路ADC，8 路10 位ADC</p><p><b>　　面向字節(jié)的

23、兩線接口</b></p><p>　　兩個(gè)可編程的串行USART</p><p>　　可工作于主機(jī)/ 從機(jī)模式的SPI 串行接口</p><p>　　具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器</p><p><b>　　片內(nèi)模擬比較器</b></p><p><b>　　特殊的

24、處理器特點(diǎn)</b></p><p>　　上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測(cè)</p><p>　　片內(nèi)經(jīng)過(guò)標(biāo)定的RC 振蕩器</p><p><b>　　片內(nèi)/ 片外中斷源</b></p><p>　　5種睡眠模式: 空閑模式、ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式及Standby 模式</p>&l

25、t;p><b>　　I/O 和封裝</b></p><p>　　23個(gè)可編程的I/O 口</p><p>　　28引腳PDIP 封裝,32 引腳TQFP 封裝,32 引腳MLF 封裝</p><p><b>　　工作電壓</b></p><p>　　2.7 - 5.5V (ATmega8L)&

26、lt;/p><p>　　4.5 - 5.5V (ATmega8)</p><p><b>　　速度等級(jí)</b></p><p>　　0 - 8 MHz (ATmega8L)</p><p>　　0 - 16 MHz (ATmega8)</p><p>　　4 Mhz 時(shí)功耗, 3V, 25°

27、C</p><p>　　工作模式: 3.6 mA</p><p>　　空閑模式: 1.0 mA</p><p>　　掉電模式: 0.5 μA</p><p>　　1.1.3管腳說(shuō)明</p><p>　　VCC ：數(shù)字電路的電源。</p><p><b>　　GND ：地。</b

28、></p><p>　　端口B(PB7..PB0)：為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口B 處于高阻狀態(tài)。通過(guò)時(shí)鐘選擇熔絲位的設(shè)置， PB6 可作為反向振蕩放大器或時(shí)鐘操作電路的輸入端。通過(guò)時(shí)鐘選擇熔絲位的設(shè)置PB7 可作為反向振蕩放

29、大器的輸出端。若將片內(nèi)標(biāo)定RC 振蕩器作為芯片時(shí)鐘源，且ASSR 寄存器的AS2 位設(shè)置，PB7..6 作為異步 T/C2 的輸入端。</p><p>　　端口C：(PC5..PC0) 端口C 為7 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口C 處于高

30、阻狀態(tài)。</p><p>　　PC6/RESET ：若RSTDISBL 熔絲位編程， PC6 作為I/O 引腳使用。注意PC6 的電氣特性與端口C 的其他引腳不同。若RSTDISBL 熔絲位未編程，PC6 作為復(fù)位輸入引腳。持續(xù)時(shí)間超過(guò)最小門限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。</p><p>　　端口D(PD7..PD0)：為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱

31、的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口D 處于高阻狀態(tài)。</p><p>　　RESET ：復(fù)位輸入引腳。持續(xù)時(shí)間超過(guò)最小門限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。</p><p>　　AVCC ：是A/D轉(zhuǎn)換器、端口C (3..0) 及ADC (7..6) 的電源。不使用ADC時(shí)，該引腳應(yīng)直接

32、與VCC 連接。使用ADC 時(shí)應(yīng)通過(guò)一個(gè)低通濾波器與VCC 連接。</p><p>　　AREF ：A/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。</p><p>　　ADC7..6(TQFP 與MLF 封裝)：作為A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入。為模擬電源；作為10位ADC通道。</p><p>　　1.2檢測(cè)元件的比較及選擇</p><p><b>　　

33、1.2.1熱敏電阻</b></p><p>　　熱敏體積小，價(jià)格便宜，易于通過(guò)接觸測(cè)試固體溫度。但是對(duì)于測(cè)量液體溫度表現(xiàn)吧佳。再者，熱敏電阻特性的非線性（或者說(shuō)近似的分段線性）給單片機(jī)的多點(diǎn)恒溫帶來(lái)麻煩，要通過(guò)大量測(cè)試建立溫度/電壓（T/V）表格，才能實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　1.2.2 AD590</p><p>　　AD590具有精度高、價(jià)格低、不

34、需輔助電源、線性好等特點(diǎn)。在以往的試驗(yàn)中，用起來(lái)也頗為方便，但是AD590輸出的是微安級(jí)的電流，接觸水會(huì)顯著地使輸出非正常，測(cè)量便不準(zhǔn)確。用絕緣膠布包住導(dǎo)線，但是隨著水溫的升高，會(huì)不可避免的產(chǎn)生濕氣且造成影響。</p><p>　　1.2.3 DS18B20</p><p>　　DS18B20具有精度高，測(cè)量范圍大，不需要輔助電源等特點(diǎn)，且通過(guò)一個(gè)單線接口發(fā)送或接收信息，因此在中央微處理器

35、和DS18B20之間僅需一條連接線（加上地線）。并且用戶可以自定義非易失性溫度報(bào)警設(shè)置，所以DS18B20在溫度控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)品等許多熱感測(cè)系統(tǒng)中有廣泛應(yīng)用。</p><p>　　綜上所述，選擇DS18B20作為溫度傳感器，DS18B20精度高，測(cè)量范圍大，不需要輔助電源，單線接口發(fā)送或接收信息等諸多特點(diǎn)，使其在工業(yè)應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　1.3控制元件的比較及選

36、擇</p><p>　　1.3.1固態(tài)繼電器</p><p>　　固態(tài)繼電器有三部分組成:輸入電路，隔離(耦合)和輸出電路。安輸入電壓的不同類別，輸入電路可分為直流輸入電路，交流輸入電路和交直流輸入電路三種。有些輸入控制電路還具有與TTL/CMOS兼容，正負(fù)邏輯控制和反相等功能。固態(tài)繼電器的輸入與輸出電路的隔離和耦合方式有光電耦合和變壓器耦合兩種。固態(tài)繼電器的輸出電路也可分為直流輸出電路，

37、交流輸出電路和交直流輸出電路等形式。交流輸出時(shí)，通常使用兩個(gè)可控硅或一個(gè)雙向可控硅，直流輸出時(shí)可使用雙極性器件或功率場(chǎng)效應(yīng)管。</p><p><b>　　優(yōu)點(diǎn)</b></p><p>　?。?）高壽命，高可靠:SSR沒(méi)有機(jī)械零部件，有固體器件完成觸點(diǎn)功能，由于沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的零部件，因此能在高沖擊，振動(dòng)的環(huán)境下工作，由于組成固態(tài)繼電器的元器件的固有特性，決定了固態(tài)繼電器的

38、壽命長(zhǎng)，可靠性高。</p><p>　?。?）靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好:固態(tài)繼電器的輸入電壓范圍較寬，驅(qū)動(dòng)功率低，可與大多數(shù)邏輯集成電路兼容不需加緩沖器或驅(qū)動(dòng)器。</p><p>　?。?）快速轉(zhuǎn)換:固態(tài)繼電器因?yàn)椴捎霉腆w其間，所以切換速度可從幾毫秒至幾微妙。</p><p>　　（4）電磁干擾小:固態(tài)繼電器沒(méi)有輸入"線圈"，沒(méi)有觸點(diǎn)燃

39、弧和回跳，因而減少了電磁干擾。大多數(shù)交流輸出固態(tài)繼電器是一個(gè)零電壓開(kāi)關(guān)，在零電壓處導(dǎo)通，零電流處關(guān)斷，減少了電流波形的突然中斷，從而減少了開(kāi)關(guān)瞬態(tài)效應(yīng)。</p><p><b>　　缺點(diǎn)</b></p><p>　?。?）導(dǎo)通后的管壓降大，可控硅或雙相控硅的正向降壓可達(dá)1~2V，大功率晶體管的飽和壓漿液災(zāi)1~2V之間，一般功率場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通電祖也較機(jī)械觸點(diǎn)的接觸電阻大

40、。</p><p>　?。?）半導(dǎo)體器件關(guān)斷后仍可有數(shù)微安至數(shù)毫安的漏電流，因此不能實(shí)現(xiàn)理想的電隔離。</p><p>　　（3）由于管壓降大，導(dǎo)通后的功耗和發(fā)熱量也大，大功率固態(tài)繼電器的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同容量的電磁繼電器，成本也較高。</p><p>　　（4）電子元器件的溫度特性和電子線路的抗干擾能力較差，耐輻射能力也較差，如不采取有效措施，則工作可靠性低。<

41、/p><p>　　（5）固態(tài)繼電器對(duì)過(guò)載有較大的敏感性，必須用快速熔斷器或RC阻尼電路對(duì)其進(jìn)行過(guò)在保護(hù)。固態(tài)繼電器的負(fù)載與環(huán)境溫度明顯有關(guān)，溫度升高，負(fù)載能力將迅速下降。</p><p>　　1.3.2交流接觸器</p><p>　　交流接觸器是廣泛用作電力的開(kāi)斷和控制電路。它利用主接點(diǎn)來(lái)開(kāi)閉電路，用輔助接點(diǎn)來(lái)執(zhí)行控制指令。主接點(diǎn)一般只有常開(kāi)接點(diǎn)，而輔助接點(diǎn)常有兩對(duì)具有

42、常開(kāi)和常閉功能的接點(diǎn)，小型的接觸器也經(jīng)常作為中間繼電器配合主電路使用。 </p><p>　　交流接觸器的接點(diǎn)，由銀鎢合金制成，具有良好的導(dǎo)電性和耐高溫?zé)g性。 </p><p>　　交流接觸器主要有四部分組成:(1) 電磁系統(tǒng),包括吸引線圈、動(dòng)鐵芯和靜鐵芯；(2)觸頭系統(tǒng),包括三副主觸頭和兩個(gè)常開(kāi)、兩個(gè)常閉輔助觸頭,它和動(dòng)鐵芯是連在一起互相聯(lián)動(dòng)的；(3)滅弧裝置,一般容量較大的交流接觸器

43、都設(shè)有滅弧裝置,以便迅速切斷電弧,免于燒壞主觸頭；(4)絕緣外殼及附件,各種彈簧、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、短路環(huán)、接線柱等。 </p><p>　　交流接觸器的工作原理：當(dāng)線圈通電時(shí)，靜鐵芯產(chǎn)生電磁吸力，將動(dòng)鐵芯吸合，由于觸頭系統(tǒng)是與動(dòng)鐵芯聯(lián)動(dòng)的,因此動(dòng)鐵芯帶動(dòng)三條動(dòng)觸片同時(shí)運(yùn)行,觸點(diǎn)閉合,從而接通電源。當(dāng)線圈斷電時(shí),吸力消失, 動(dòng)鐵芯聯(lián)動(dòng)部分依靠彈簧的反作用力而分離,使主觸頭斷開(kāi),切斷電源。 </p><

44、p>　　1.3.2晶閘管觸發(fā)電路</p><p>　　晶閘管有三個(gè)極，分別為陽(yáng)極、陰極和控制極。為了說(shuō)明晶體閘管的工作原理，我們把晶閘管看成由PNP（T1）和NPN（T2）兩個(gè)三極管組合而成，用圖1-2表示電路模型來(lái)表示。當(dāng)陽(yáng)-陰極之間加正向電壓Vak（Ea）時(shí)，同時(shí)控制極-陰極間加正向電壓Vgk（Eg）時(shí)，就產(chǎn)生控制極電流Ig（Ib2），經(jīng)T2放大后，形成集電極電流Ic2=β2Ib2，這個(gè)電流又是T1的基

45、極電流Ib1，即Ib1=Ic2，同樣經(jīng)T1放大，產(chǎn)生集電極電流Ic1=β1β2Ib2，此電流又作為T2的基極電流再行放大，如此循環(huán)往復(fù)，形成正反饋過(guò)程，從而使晶閘管完全導(dǎo)通。這個(gè)導(dǎo)通過(guò)程是在極短的時(shí)間內(nèi)完成的，一般不超過(guò)幾微秒，稱為觸發(fā)導(dǎo)通過(guò)程。導(dǎo)通后即使去掉Eg，晶閘管依靠自身的正反饋?zhàn)饔萌匀豢梢跃S持導(dǎo)通，并成為不可控。因此Eg只起觸發(fā)導(dǎo)通的作用，一經(jīng)觸發(fā)后，不管Eg存在與否，晶閘管仍將導(dǎo)通。</p><p>

46、　　圖1-2 晶閘管的電路模型</p><p>　　晶體閘管導(dǎo)通時(shí)，其正向壓降（陽(yáng)-陰極間）一般約為0.6～1.2V，但應(yīng)注意的是，如果因外電路負(fù)載電阻增加而使晶閘管的陽(yáng)極電流Ia降低到小于某一數(shù)值Ih時(shí)，就不能維持正反饋過(guò)程，晶閘管就不能導(dǎo)通，而呈阻斷狀態(tài)因此稱Ih為晶閘管的最小維持電流，它表示維持晶閘管導(dǎo)通的最小陽(yáng)極電。如果陽(yáng)極電流Ia小于Ih，則晶閘管呈現(xiàn)正向阻斷狀態(tài)。如果已導(dǎo)通的晶閘管的外加電壓降到零（或

47、切斷電源），則陽(yáng)極電流Ia降到零，晶閘管自行阻斷。</p><p>　　如果晶閘管加上反向電壓，則此時(shí)PN結(jié)承受反向電壓，無(wú)論控制極是否加上觸發(fā)電壓，晶閘管均不導(dǎo)通，呈反向阻斷狀態(tài)。</p><p>　　綜上分析可知，晶閘管的導(dǎo)通條件為：除了在陽(yáng)-陰極間加上一定大小的電壓外，還要在控制極-陰極間加正向觸發(fā)電壓，只要電路滿足這兩個(gè)條件，晶閘管才能導(dǎo)通，否則就處于阻斷狀態(tài)。同時(shí)還要注意到，一旦

48、管子觸發(fā)導(dǎo)通后，控制極即失去控制作用，這時(shí)要使電路阻斷，必須使陽(yáng)極電壓降到足夠小，使陽(yáng)極電流降到Ih以下。雙向可控硅的優(yōu)點(diǎn)是控制電路簡(jiǎn)單，沒(méi)有反向耐壓?jiǎn)栴}。</p><p>　　綜上所述，在系統(tǒng)初始的升溫過(guò)程中，加熱功率很大（24KW），故采用交流接觸器來(lái)完成，而在后來(lái)的溫度調(diào)節(jié)過(guò)程中需要來(lái)回通斷微調(diào)，對(duì)接觸觸點(diǎn)的壽命影響很大，并且由于此時(shí)加熱功率小，故采用更加精準(zhǔn)的晶閘管觸發(fā)電路來(lái)完成控制。</p>

49、<p><b>　　1.4系統(tǒng)的組成</b></p><p>　　系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、接口電路、外部設(shè)備等組成，如圖1-3所示。控制對(duì)象的被測(cè)參數(shù)經(jīng)傳感器、變換器，轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，再經(jīng)多路開(kāi)關(guān)送到送入計(jì)算機(jī)。。除此之外，有些被測(cè)參數(shù)為數(shù)字量、開(kāi)關(guān)量或脈沖量，它們可過(guò)接口直接加至計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計(jì)算，然后經(jīng)模擬量或開(kāi)關(guān)量輸出通道輸出，對(duì)被測(cè)參數(shù)進(jìn)行控制。</p

50、><p>　　圖1-3 系統(tǒng)的基本組成框圖</p><p>　　1.5溫度控制的工藝要求</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)溫度控制系統(tǒng)的要求，主要是保證爐溫按規(guī)定的工藝曲線變化，超調(diào)小或無(wú)超調(diào)，穩(wěn)定性好，不震蕩，對(duì)系統(tǒng)的快速性要求不高。溫度工藝曲線隨產(chǎn)品不同而不同，一般由以下四部分組成：</p><p>　　1.5.1 全速升溫段</p

51、><p>　　這一過(guò)程要求執(zhí)行元件向加熱爐輸送最大能量，使加熱爐全速升溫到某一數(shù)值。這時(shí)，微機(jī)不須進(jìn)行控制工作，只須監(jiān)測(cè)爐子的溫度，判斷是否結(jié)束升溫過(guò)程。</p><p>　　1.5.2 調(diào)溫段（亦稱保溫段）</p><p>　　這一工藝過(guò)程是是溫度控制的主要工藝過(guò)程，它要求控制系統(tǒng)保證爐溫在各種干擾下能調(diào)節(jié)穩(wěn)定在允許的范圍內(nèi)。</p><p>

52、　　1.5.3 自然降溫段</p><p>　　這一過(guò)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)，微機(jī)只須監(jiān)測(cè)爐溫即可，有時(shí)甚至無(wú)需做任何工作。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1確定系統(tǒng)任務(wù)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容：結(jié)合電力電子技術(shù)，達(dá)到高

53、效率精確控制高功率（24KW）加熱裝置，降低調(diào)節(jié)溫差，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低燃耗,節(jié)約能源。并達(dá)到以下技術(shù)要求：延長(zhǎng)機(jī)械轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)壽命，解決大功率電器的升溫難題。參數(shù)設(shè)定便利、直觀，溫度測(cè)量準(zhǔn)確，溫控精度±0.5℃，控制溫度范圍0～120℃，過(guò)限報(bào)警，并最終由大屏幕液晶顯示參數(shù)</p><p>　　2.2系統(tǒng)的組成及工作原理</p><p>　　恒溫控制系統(tǒng)硬件電路由溫度

54、檢測(cè)，單片機(jī)PID運(yùn)算，輸出控制和過(guò)限報(bào)警四個(gè)模塊組成。如圖2-1所示，檢測(cè)模塊作為閉環(huán)的反饋實(shí)時(shí)檢測(cè)溫度，經(jīng)過(guò)放大處理后將信號(hào)傳送給單片機(jī)，經(jīng)過(guò)處理后，一方面送往液晶顯示器，另一方面，與系統(tǒng)溫度設(shè)定值相比較，通過(guò)PID算法控制溫度達(dá)到所需值。其中輸出控制模塊部分由兩塊組成：由晶閘管觸發(fā)電路和交流接觸器協(xié)調(diào)控制通斷。由于初始的全功率加熱電流大，晶閘管允許通過(guò)的電流小，故采用交流接觸器進(jìn)行控制；在后期的溫度調(diào)整時(shí)期，需要來(lái)回通斷以調(diào)整溫度

55、達(dá)到預(yù)期值，對(duì)交流接觸器的觸點(diǎn)壽命有很大的影響，故采用晶閘管觸發(fā)電路。</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)工作原理圖</p><p>　　2.3電阻爐的數(shù)學(xué)模型及爐溫控制曲線</p><p>　　被控對(duì)象是一個(gè)電阻爐，它的傳遞函數(shù)可以表示為：</p><p><b>　　= </b></p><p&g

56、t;　　其中， 表示對(duì)象慣性時(shí)間，K表示對(duì)象放大系數(shù),</p><p>　　一個(gè)電爐的爐溫控制要求按下圖所示曲線規(guī)律變化。從加溫開(kāi)始到a點(diǎn)（對(duì)應(yīng)溫度為Ta）為自由升溫段，當(dāng)溫度達(dá)到Ta后收入模糊PID控制，使?fàn)t溫在超調(diào)滿足給定指標(biāo)的條件下進(jìn)入保溫段b－c，c－d段為自然降溫段，無(wú)需控制。</p><p>　　圖2-2 爐溫控制曲線</p><p><b&g

57、t;　　第三章 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　硬件電路主要有：主機(jī)電路、電源部分的電路、數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤設(shè)置電路、顯示電路、控制執(zhí)行電路以及過(guò)限報(bào)警電路。下面將具體介紹各部分電路。</p><p>　　3.1主機(jī)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　主機(jī)電路選用Mega8單片機(jī)，它是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其

58、先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間， ATmega8 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。具體的引腳圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 ATmega8引腳圖</p><p>　　其中15腳接溫度傳感器DS18B20，16,13腳分別為兩個(gè)控制端，12腳為過(guò)限報(bào)警端，2-5腳為鍵盤輸入端。</p><p>

59、;　　3.2電源電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　由于本系統(tǒng)所用到的一系列芯片的電源都是直流電源，而現(xiàn)實(shí)中用的都是交流電，故要把交流電整流成直流電，本設(shè)計(jì)運(yùn)用的是橋式整流法把交流電整流成直流電，從而滿足系統(tǒng)的要求。整流原理圖如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 橋式整流電路</p><p>　　3.3溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)</p><p>

60、;　　DS1820 有三個(gè)主要數(shù)字部件：1）64 位激光ROM， 2）溫度傳感器，3）非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH 和TL。器件用如下方式從單線通訊線上汲取能量：在信號(hào)線處于高電平期間把能量?jī)?chǔ)存在內(nèi)部電容里，在信號(hào)線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來(lái)再給寄生電源（電容）充電。DS1820 也可用外部5V 電源供電。</p><p>　　圖3-3 DS18B20方框圖</p><p

61、>　　DS1820 依靠一個(gè)單線端口通訊。在單線端口條件下，必須先建立ROM 操作協(xié)議，才能進(jìn)行存儲(chǔ)器和控制操作。因此，控制器必須首先提供下面5 種ROM 操作命令之一：1）讀ROM，2）匹配ROM，3）搜索ROM，4）跳過(guò)ROM，5）報(bào)警搜索。這些命令對(duì)每個(gè)器件的激光ROM 部分進(jìn)行操作，在單線總線上掛有多個(gè)器件時(shí)，可以區(qū)分出單個(gè)器件，同時(shí)可以向總線控制器指明有多少器件或是什么型號(hào)的器件。成功執(zhí)行完一條ROM 操作序列后，即可進(jìn)

62、行存儲(chǔ)器和控制操作，控制器可以提供6 條存儲(chǔ)器和控制操作指令中的任一條。一條控制操作命令指示 DS1820 完成一次溫度測(cè)量。測(cè)量結(jié)果放在DS1820 的暫存器里，用一條讀暫存器內(nèi)容的存儲(chǔ)器操作命令可以把暫存器中數(shù)據(jù)讀出。溫度報(bào)警觸發(fā)器TH 和TL 各由一個(gè)EEPROM 字節(jié)構(gòu)成。如果沒(méi)有對(duì)DS1820 使用報(bào)警搜索命令，這些寄存器可以作為一般用途的用戶存儲(chǔ)器使用?？梢杂靡粭l存儲(chǔ)器操作命令對(duì)TH 和TL 進(jìn)行寫入，對(duì)這些寄存器的讀出需要

63、通過(guò)暫存器。所有數(shù)據(jù)都是以最低有效位在前的方式進(jìn)行讀寫。</p><p>　　寄生電源會(huì)在I/O 或VDD 引腳處于高電平時(shí)“偷”能量。當(dāng)有特定的時(shí)間和電壓需求時(shí)（見(jiàn)節(jié)標(biāo)題“單線總線系統(tǒng)”），I/O 要提供足夠的能量。寄生電源有兩個(gè)好處：1）進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)溫時(shí)，無(wú)需本地電源，2）可以在沒(méi)有常規(guī)電源的條件下讀ROM。要想使 DS1820 能夠進(jìn)行精確的溫度轉(zhuǎn)換，I/O 線必須在轉(zhuǎn)換期間保證供電。由于DS1820 的工

64、作電流達(dá)到1mA，所以僅靠5K 上拉電阻提供電源是不行的，當(dāng)幾只DS1820 掛在同一根I/O線上并同時(shí)想進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換時(shí)，這個(gè)問(wèn)題變得更加尖銳。有兩種方法能夠使 DS1820 在動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換周期中獲得足夠的電流供應(yīng)。第一種方法，當(dāng)進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝到E2 存儲(chǔ)器操作時(shí)，給I/O 線提供一個(gè)強(qiáng)上拉。用MOSFET 把I/O 線直接拉到電源上就可以實(shí)現(xiàn)，見(jiàn)圖3-4。在發(fā)出任何涉及拷貝到E2 存儲(chǔ)器或啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換的協(xié)議之后，必須在最多10μs 之

65、內(nèi)把I/O 線轉(zhuǎn)換到強(qiáng)上拉。使用寄生電源方式時(shí)，VDD 引腳必須接地。</p><p>　　圖3-4 溫度轉(zhuǎn)換期間的強(qiáng)上拉電阻供電</p><p>　　另一種給 DS1820 供電的方法是從VDD 引腳接入一個(gè)外部電源，見(jiàn)圖3-5。這樣做的好處是I/O線上不需要加強(qiáng)上拉，而且總線控制器不用在溫度轉(zhuǎn)換期間總保持高電平。這樣在轉(zhuǎn)換期間可以允許在單線總線上進(jìn)行其他數(shù)據(jù)往來(lái)。另外，在單線總線上可以

66、掛任意多片DS1820，而且如果它們都使用外部電源的話，就可以先發(fā)一個(gè)Skip ROM 命令，再接一個(gè)Convert T 命令，讓它們同時(shí)進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換。注意當(dāng)加上外部電源時(shí)，GND 引腳不能懸空。</p><p>　　圖3-5 用VDD供電</p><p>　　溫度高于 100℃時(shí)，不推薦使用寄生電源，因?yàn)镈S1820 在這種溫度下表現(xiàn)出的漏電流比較大，通訊可能無(wú)法進(jìn)行。在類似這種溫度的情

67、況下，強(qiáng)烈推薦使用DS1820 的VDD 引腳。對(duì)于總線控制器不知道總線上的 DS1820 是用寄生電源還是用外部電源的情況，DS1820 預(yù)備了一種信號(hào)指示電源的使用意圖。總線控制器發(fā)出一個(gè)Skip ROM 協(xié)議，然后發(fā)出讀電源命令，這條命令發(fā)出后，控制器發(fā)出讀時(shí)間隙，如果是寄生電源，DS1820 在單線總線上發(fā)回“0”，如果是從VDD 供電，則發(fā)回“1”，這樣總線控制器就能夠決定總線上是否有DS1820 需要強(qiáng)上拉。如果控制器接收到

68、一個(gè)“0”，它就知道必須在溫度轉(zhuǎn)換期間給I/O 線提供強(qiáng)上拉。</p><p>　　DS1820 通過(guò)一種片上溫度測(cè)量技術(shù)來(lái)測(cè)量溫度。圖3-6 示出了溫度測(cè)量電路的方框圖。</p><p>　　圖3-6 溫度測(cè)量電路方框圖</p><p><b>　　溫度/數(shù)據(jù)關(guān)系</b></p><p>　　DS1820 是這樣測(cè)溫的

69、：用一個(gè)高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個(gè)門周期，內(nèi)部計(jì)數(shù)器在這個(gè)門周期內(nèi)對(duì)一個(gè)低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)得到溫度值。計(jì)數(shù)器被預(yù)置到對(duì)應(yīng)于-55℃的一個(gè)值。如果計(jì)數(shù)器在門周期結(jié)束前到達(dá)0，則溫度寄存器（同樣被預(yù)置到-55℃）的值增加，表明所測(cè)溫度大于-55℃。同時(shí)，計(jì)數(shù)器被復(fù)位到一個(gè)值，這個(gè)值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來(lái)補(bǔ)償感溫振蕩器的拋物線特性。然后計(jì)數(shù)器又開(kāi)始計(jì)數(shù)直到0，如果門周期仍未結(jié)束，將重復(fù)這一過(guò)程。</

70、p><p>　　斜坡式累加器用來(lái)補(bǔ)償感溫振蕩器的非線性，以期在測(cè)溫時(shí)獲得比較高的分辨力。這是通過(guò)改變計(jì)數(shù)器對(duì)溫度每增加一度所需計(jì)數(shù)的值來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，要想獲得所需的分辨力，必須同時(shí)知道在給定溫度下計(jì)數(shù)器的值和每一度的計(jì)數(shù)值。DS1820 內(nèi)部對(duì)此計(jì)算的結(jié)果可提供0.5℃的分辨力。溫度以16bit 帶符號(hào)位擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式讀出，表1 給出了溫度值和輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系。數(shù)據(jù)通過(guò)單線接口以串行方式傳輸。</p>

71、<p>　　DS1820 測(cè)溫范圍-55℃~+125℃，以0.5℃遞增。如用于華氏溫度，必須要用一個(gè)轉(zhuǎn)換因子查找表。</p><p>　　3.4顯示電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　顯示電路采用的是SMC1602A，其具體的技術(shù)參數(shù)如下。</p><p><b>　　主要技術(shù)參數(shù)：</b></p><p>&

72、lt;b>　　接口信號(hào)說(shuō)明</b></p><p><b>　　控制器接口說(shuō)明</b></p><p><b>　　1．基本操作時(shí)序</b></p><p>　　讀狀態(tài)：輸入：RS=L，RW=H，E=H 輸出：D0~D7狀態(tài)字</p><p>　　寫

73、指令：輸入：RS=L，RW=L，D0~D7=指令碼，E=高脈沖 輸出：無(wú)</p><p>　　讀數(shù)據(jù)：輸入：RS=H，RW=H，E=H 輸出：D0~D7=數(shù)據(jù)</p><p>　　寫數(shù)據(jù)：輸入：RS=H，RW=L，D0~D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖 輸出：無(wú)</p><p><b>　　2．狀態(tài)字說(shuō)明</b&

74、gt;</p><p>　　3．RAM地址映射圖</p><p>　　控制器內(nèi)部帶有80*8位（80字節(jié)）的RAM緩沖區(qū)，對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3-7所示：</p><p>　　圖3-7 RAM地址映射圖</p><p><b>　　4．指令說(shuō)明</b></p><p><b>　　初始化設(shè)置&l

75、t;/b></p><p><b>　　顯示模式設(shè)置</b></p><p>　　顯示開(kāi)/關(guān)及光標(biāo)設(shè)置</p><p><b>　　數(shù)據(jù)控制</b></p><p>　　控制器內(nèi)部設(shè)有一個(gè)數(shù)據(jù)地址指針，用戶可通過(guò)它們來(lái)訪問(wèn)內(nèi)部的全部80字節(jié)RAM。</p><p>&l

76、t;b>　　數(shù)據(jù)指針設(shè)置</b></p><p><b>　　其他設(shè)置</b></p><p>　　初始化過(guò)程（復(fù)位過(guò)程）</p><p><b>　　延時(shí)15ms</b></p><p>　　寫指令38H(不檢測(cè)忙信號(hào))</p><p><b>

77、　　延時(shí)5ms</b></p><p>　　寫指令38H(不檢測(cè)忙信號(hào))</p><p><b>　　延時(shí)5ms</b></p><p>　　寫指令38H(不檢測(cè)忙信號(hào))</p><p>　　(以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作之前均需檢測(cè)忙信號(hào))</p><p>　　寫指令38H：顯示模

78、式設(shè)置</p><p>　　寫指令08H：顯示關(guān)閉</p><p>　　寫指令01H：顯示清屏</p><p>　　寫指令06H：顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置</p><p>　　寫指令0CH：顯示開(kāi)及光標(biāo)設(shè)置</p><p>　　具體的電路圖如圖3-8所示</p><p>　　圖3-8 液晶顯示電路圖&l

79、t;/p><p>　　3.5 控制執(zhí)行電路</p><p>　　控制電路分為兩個(gè)部分，原理圖3-5所示。在初始加熱階段，交流接觸器閉合，全功率加熱，在中期的溫度調(diào)整過(guò)程中，交流接觸器斷開(kāi)，由可控硅觸發(fā)電路控制一路加熱器低功率加熱。</p><p>　　圖3-9 控制電路原理圖</p><p>　　第一部分為可控硅觸發(fā)電路，本設(shè)計(jì)中采用固定周期控制

80、方式，設(shè)定控制周期T為1秒（100個(gè)電網(wǎng)周波）。設(shè)P為電阻爐全導(dǎo)通時(shí)功率，N為導(dǎo)通周期數(shù)，P為電阻爐平均輸出功率，則P＝（N／100）PH。</p><p>　　當(dāng)U（K）不等于0，經(jīng)轉(zhuǎn)換的N也不為0，在外部中斷0服務(wù)程序中將P3.4為“1”，使MOC3041的1、2引腳導(dǎo)通，由于這時(shí)正好是電壓的這零點(diǎn)，由此使MOC3041自帶的過(guò)零檢測(cè)器有效，使MOC3041的4、6端導(dǎo)通，此時(shí)CON為“1”，發(fā)光二極管LED

81、亮燈，從而使晶閘管導(dǎo)通。而每中斷一次，即每經(jīng)過(guò)一個(gè)周波N減1，直減到N為0，則將P3.4置0，此時(shí)CON為“0”，發(fā)光二極管LED熄滅，從而使晶閘管截止。當(dāng)U（K）為100時(shí)，控制周期中的100個(gè)周波全導(dǎo)通。 </p><p>　　可控硅觸發(fā)電路如圖3-5所示：</p><p>　　圖3-10 可控硅觸發(fā)電路</p><p>　　單片機(jī)控制口輸出觸發(fā)信號(hào)使晶閘管導(dǎo)通

82、，此時(shí)，流經(jīng)晶閘管的電流是完整的正弦電流，避免電網(wǎng)波形的畸變。</p><p>　　第二部分是由交流接觸器LC1 D0910和上述電路配合完成，由可控硅觸發(fā)電路來(lái)控制交流接觸器的通斷從而來(lái)控制整個(gè)電路的通斷。</p><p>　　3.6鍵盤設(shè)置電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　圖3-11 鍵盤設(shè)置電路</p><p>　　其中，K1,K2,K3

83、,K4分別接到單片機(jī)I/O口。</p><p><b>　　3.7過(guò)限報(bào)警電路</b></p><p>　　在單片機(jī)的12口（PD6）接LED燈，程序設(shè)置過(guò)60℃報(bào)警。</p><p><b>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.1主程序的設(shè)計(jì)</b>

84、;</p><p>　　本系統(tǒng)是一種控制電阻爐溫的系統(tǒng)，在系統(tǒng)對(duì)電阻爐進(jìn)行溫度檢測(cè)和控制之前，必須先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，并進(jìn)行一些初步的操作，這部分工作就是在主程序里面完成的。下圖4-1是其流程圖</p><p>　　圖4-1 初始化流程框圖</p><p>　　4.2 PID參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　在自由升溫段，希望升溫越快越好，因此

85、，自由升溫段控制方程為： U(n)=1 (T ≤0.8 T0 )(在實(shí)際程序中，U(n)=1表示全導(dǎo)通時(shí)的數(shù))。而由于在本次的電路設(shè)計(jì)中在一開(kāi)始的自由升溫過(guò)程中采取的是交流接觸器全功率加熱，晶閘管觸發(fā)電路相當(dāng)于短路，故不需要PID控制。</p><p>　　在溫度恒定階段，交流接觸器斷開(kāi)，由晶閘管觸發(fā)電路來(lái)進(jìn)行PID控制電路以此穩(wěn)定溫度到達(dá)設(shè)定值。PID控制算法的差分方程形式為：</p><p

86、>　　U(n)=U(n-1)+ KP[e(n)-e(n-1)]+KI e(n)+ KD[e(n)-2e(n)+e(n-2)]</p><p>　　其中，KP是比例系數(shù)，KI是積分系數(shù)，KI=KP·T/ TI，KD為微分系數(shù)，KD= KP·TD / T。</p><p>　　通過(guò)仿真測(cè)試多組數(shù)據(jù)，最終得出值為：KP=200，KI=200，KD=60。</p&g

87、t;<p>　　整個(gè)差分方程都是執(zhí)行整數(shù)運(yùn)算，U(n)，計(jì)算開(kāi)始時(shí)U(n-1)=0,e(n-1)=0,e(n-2)=0。每次采樣計(jì)算一次e(n)、U(n)，并將e(n)、U(n)保存起來(lái)，變成e(n－1)、e(n-2)、U(n－1)，供下一次采樣時(shí)刻使用?？刂茣r(shí)，首先取給定值，再對(duì)電爐的溫度進(jìn)行采樣，把采樣結(jié)果和給定值進(jìn)行比較而產(chǎn)生偏差e(n)，通過(guò)上式進(jìn)行計(jì)算，求出即時(shí)控制量U(n)并存入內(nèi)存中。在INT0 中斷服務(wù)程序

88、中對(duì)U(n)進(jìn)行操作，以控制晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，達(dá)到控制輸出功率的目的。</p><p>　　具體的PID軟件流程圖如圖4-2所示，其中ek為誤差，ek1為上一次的誤差，ek2為誤差的積累和，uk是控制量。</p><p>　　圖4-2 PID軟件流程圖</p><p>　　第五章 測(cè)試與調(diào)整</p><p>　　5.1 主機(jī)電路的測(cè)試<

89、;/p><p>　　通上電之后，指示燈顯示正常，能夠?qū)⒊绦蛳螺d到單片機(jī)中并且運(yùn)行正常。</p><p>　　5.2 顯示電路的測(cè)試</p><p>　　按照電路圖正確將液晶1602連接到單片機(jī)的相應(yīng)口上，寫一個(gè)簡(jiǎn)單的顯示函數(shù)，如果能夠正確顯示，則說(shuō)明顯示模塊正確。若不能正確顯示，則從兩方面進(jìn)行檢查；一是硬件電路，而是軟件驅(qū)動(dòng)。硬件電路可以通過(guò)對(duì)照電路圖，借助萬(wàn)用表逐腳校

90、正。至于軟件驅(qū)動(dòng)，則通過(guò)proteus軟件仿真進(jìn)行測(cè)試。</p><p>　　5.3 溫度檢測(cè)電路的測(cè)試</p><p>　　溫度采集硬件電路很簡(jiǎn)單，主要是軟件驅(qū)動(dòng)，需要通過(guò)對(duì)照DS18B20時(shí)序圖進(jìn)行驅(qū)動(dòng)編寫，然后將當(dāng)前溫度顯示在液晶上，采集溫度與當(dāng)前溫度差不多即說(shuō)明驅(qū)動(dòng)正確，可以通過(guò)加熱或冷卻進(jìn)一步測(cè)試。</p><p>　　5.4 控制執(zhí)行電路的測(cè)試</

91、p><p>　　端口通上高電平之后，晶閘管兩端連通。一開(kāi)始不通，無(wú)論是通高電平還是低調(diào)平。經(jīng)過(guò)對(duì)電路的研究，發(fā)現(xiàn)晶閘管的T1和T2接反了，導(dǎo)致兩端始終連通。</p><p>　　5.5 硬件測(cè)試實(shí)物圖</p><p>　　5.6 PID參數(shù)的測(cè)試</p><p><b>　　圖5-1</b></p><p

92、><b>　　圖5-2</b></p><p><b>　　圖5-3</b></p><p><b>　　圖5-4</b></p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)階段所學(xué)知識(shí)的一個(gè)總結(jié)。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我做的

93、是高精度長(zhǎng)壽命大功率恒溫器電氣控制設(shè)計(jì)，以此來(lái)提高自己的綜合解決問(wèn)題以及應(yīng)用知識(shí)的能力。由于本身知識(shí)水平以及時(shí)間有限，在本次設(shè)計(jì)中的某些問(wèn)題可能設(shè)想不夠周全。比如，控制方法的不夠完美，參數(shù)的設(shè)置不夠合理，或許還有很多問(wèn)題還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，希望老師給予指出。</p><p>　　由于是初次接觸強(qiáng)電設(shè)計(jì)，剛開(kāi)始畏手畏腳的。這次設(shè)計(jì)可以說(shuō)是一波三折，在設(shè)計(jì)開(kāi)始的前兩天，我就已經(jīng)將單片機(jī)控制部分的軟硬件設(shè)計(jì)好了，但是在驅(qū)動(dòng)加熱

94、爐的部分卻花費(fèi)了我很多時(shí)間。剛開(kāi)始我使用了學(xué)校提供的光耦驅(qū)動(dòng)芯片，可能是我對(duì)芯片不太了解，也沒(méi)有關(guān)于芯片的資料，從單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦驅(qū)動(dòng)后沒(méi)法得到我需要的信號(hào)。然后我自己用紅外發(fā)光對(duì)管做了一個(gè)光電耦合器，由于未考慮自己設(shè)計(jì)的光耦的耐壓值，當(dāng)加上220V電后，光耦即被燒壞了。于是我自己更換了一片光耦芯片，并自己用三極管等分立元件搭建了MOSFET驅(qū)動(dòng)電路，這部分經(jīng)過(guò)驗(yàn)證后可以使用。但是隨后我又遇到了困難，，又換了兩種MOSFE

95、T芯片，芯片仍然不能正常工作，或許是芯片的質(zhì)量不夠高，耐壓不夠高，很容易就被燒壞了，最后我請(qǐng)教了身邊的一些同學(xué)，他給我介紹了一款功能比較好的MOSFET芯片，我買回來(lái)試驗(yàn)后，很成功的實(shí)現(xiàn)了功能。所以我認(rèn)為做設(shè)計(jì)選擇元器件很重要，另外還要注意各個(gè)器件的使用環(huán)境，不同的電路在不同的環(huán)境下去產(chǎn)生不同的效果。在控制過(guò)程中，由于以前沒(méi)有使用過(guò)晶閘管，所以在開(kāi)始的實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中T1和T2始終導(dǎo)通，經(jīng)過(guò)仔細(xì)的檢查和思考，發(fā)現(xiàn)T</p>

96、<p>　　在初期的設(shè)計(jì)中，我采用的是51單片機(jī)，而通過(guò)別人介紹和自身的學(xué)習(xí)，我體會(huì)到Mega8單片機(jī)在各方面相對(duì)于51單片機(jī)的優(yōu)越性，包括片內(nèi)資源的豐富，響應(yīng)速度快，性價(jià)比高等，故最后采用了Mega8單片機(jī)，而且在連線上也稍微簡(jiǎn)單，這使得在硬件電路的設(shè)計(jì)稍微輕松一點(diǎn)。</p><p>　　這次還學(xué)習(xí)到液晶的顯示，如何連線，如何驅(qū)動(dòng)液晶，這些還是有很大的學(xué)問(wèn)的，其中涉及到的最大的一個(gè)問(wèn)題在于時(shí)序圖的合理

97、運(yùn)用。包括DS18B20也是要對(duì)時(shí)序圖有一個(gè)準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。</p><p>　　在初期的設(shè)計(jì)中，我選擇了使用模糊PID控制以達(dá)到一個(gè)更好的控制效果，而通過(guò)對(duì)課題的深入研究以及后期的硬件電路的搭建，我體會(huì)到這次課題的高精度不是在軟件手法上有所提高，而是通過(guò)一個(gè)交流接觸器和晶閘管配合使用的硬件電路的提高來(lái)完成這樣一個(gè)效果。在控制手法上仍然采用傳統(tǒng)的PID控制，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)試，獲得了最終的參數(shù)值。</p&g

98、t;<p>　　作為一個(gè)初學(xué)者，從想法的產(chǎn)生，到想法在理論上的可行性，以及到最后的設(shè)計(jì)完成，無(wú)不需要突破種種困難，但是我都挺了過(guò)來(lái)。雖然過(guò)程很艱苦，但是當(dāng)做完以后，心里是無(wú)法言以表達(dá)的激動(dòng)。它對(duì)我以后的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)過(guò)程都將會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。學(xué)會(huì)查閱資料是我在這次設(shè)計(jì)中的最大收獲，畢竟一個(gè)人的知識(shí)水平有限，而資料在設(shè)計(jì)中的作用可以說(shuō)是舉足輕重。不斷地收集和查閱資料使我知識(shí)面不斷拓寬，為以后也打下了良好的基礎(chǔ)。通過(guò)

99、設(shè)計(jì)，使我對(duì)一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程有了全面的了解，設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的許多困難也使我自己不斷完善。不斷的堅(jiān)持使我信心百倍，不斷的完善思路，達(dá)到畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中的要求。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，首先要感謝*老師和畢老師對(duì)于我在理論上的指導(dǎo)和具體實(shí)施的幫助，作為一個(gè)初學(xué)者，在好多方面還是相當(dāng)不成熟的，包括思路和具體的實(shí)施，通

100、過(guò)xx老師的指導(dǎo)，我基本明確了課題的方向和具體的實(shí)施方案，并最終通過(guò)自己的努力達(dá)到所要求的目標(biāo)，還有要感謝學(xué)校實(shí)驗(yàn)室給予我平臺(tái)以及實(shí)驗(yàn)期間的幫助，感謝學(xué)校對(duì)于此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的合理安排和支持，能夠讓我合理的安排時(shí)間如期完成。最后，感謝身邊的朋友對(duì)我的幫助與支持。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]王開(kāi)廈.應(yīng)用變頻器和溫度控制器實(shí)現(xiàn)窯爐

101、溫度的自動(dòng)控制[J].低壓電器,2000，No5:30-35</p><p>　　[2]曾光奇，胡均安，王東，劉春玲，模糊控制理論與工程應(yīng)用[M],武昌喻家山：華中科技大學(xué)出版社，2006年</p><p>　　[3] 文定都.基于模糊控制算法的爐溫控制系統(tǒng)[J].工業(yè)爐,2007,29(3):30-33</p><p>　　[4] 彭宣戈主編，16位單片機(jī)原理及應(yīng)

102、用[M]，北京: 北京航空航天大學(xué)出版社, 2006年</p><p>　　[5] Terry Bartelt，工業(yè)控制電子學(xué)—設(shè)備、系統(tǒng)與應(yīng)用[M]，北京：清華大學(xué)出版社</p><p>　　[6]Sue Baumann, Meredith Flynn, Minneapolis，Microcomputers and information technology[M]， St. Paul

103、: West Pub. Co., c1997</p><p>　　[7] Robert Grauer, Advanced microcomputer applications[M] ，New York: McGraw-Hill</p><p>　　[8] 何加銘主編; 曾興斌[等]編，嵌入式32位微處理器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M],北京: 電子工業(yè)出版社, 2006年</p>&l

104、t;p>　　[9]張志強(qiáng),王順晃,舒迪前.一種新型的智能控制器及其在電加熱爐中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化學(xué)報(bào),1994,20(5):622-626</p><p>　　[10]俞欣瀅.基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電氣控制,2009,28(30):50-52</p><p>　　[11]楊寧.電阻爐模糊調(diào)功溫度控制[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào),1995,9(2):50-54</p

105、><p>　　[12]俞紅衛(wèi).一種PID控制與模糊控制相結(jié)合的智能溫度控制系統(tǒng)[J].上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2007,7(2):106-109</p><p>　　[13]蘇小紅,陳惠鵬,孫志崗[等]編,C語(yǔ)言大學(xué)實(shí)用教程[M],北京:電子工業(yè)出版社,2004年</p><p>　　[14]高鋒主編,單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)[M],北京:科學(xué)出版社,2008年<

106、;/p><p>　　[15]顧德英,羅云林,馬淑華編,計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M],北京:北京郵電大學(xué)出版社,2008年</p><p>　　[16]賈伯年,俞樸,宋愛(ài)國(guó)編,傳感器技術(shù)[M],南京:東南大學(xué)出版社,2007年</p><p><b>　　附錄A：程序清單</b></p><p>　　#include <iom8

107、v.h></p><p>　　#include <macros.h></p><p>　　#include "LCD.h"</p><p>　　#define CYCLE 7812</p><p><b>　　/*</b></p><p><b>　

108、　端口分配:</b></p><p><b>　　液晶顯示:</b></p><p>　　PC0-3:DATA4-7</p><p><b>　　PC4:EN</b></p><p><b>　　PC5:RS</b></p><p>　　DS

109、18B20: PB0</p><p>　　交流接觸器: PD7</p><p>　　PWM輸出: PB1</p><p><b>　　按鍵: PD0-3</b></p><p><b>　　*/</b></p><p>　　volatile unsigned char t0,

110、t1;</p><p>　　volatile unsigned int seconds;</p><p>　　volatile unsigned char key_num;//存放按鍵值</p><p>　　volatile unsigned char key_flag=0;//記錄按鍵狀態(tài) 0 no key </p><p>　　volat

111、ile unsigned char Show_flag;</p><p>　　volatile unsigned char con_temp_show[5];</p><p>　　volatile int con_temp,cur_temp;</p><p>　　unsigned char temp_shan_bit;</p><p>　　u

112、nsigned char Show_mode=0;</p><p>　　long int dU=0; // 增量PID運(yùn)算的增量 </p><p>　　int Error[3] = {0,0,0};//存放偏差 </p><p>　　char PID_flag=0;//是否執(zhí)行PID的標(biāo)志 </p><p>　　void Temper_PID

113、(void)//PID控制函數(shù)分段式PID調(diào)節(jié)器，不同溫度采用不同的PID參數(shù)，同一溫度，在不同的加熱狀態(tài)也分段采用不同的PID調(diào)節(jié)參數(shù) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　Error[2] = con_temp-cur_temp;</p><p>　　if( Error[2]>50)</p>

114、<p><b>　　{</b></p><p>　　PORTD|=0x80;//開(kāi)啟交流接觸器</p><p><b>　　dU=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if(Error[2]<-50)</p&g

115、t;<p><b>　　{</b></p><p>　　PORTD&=0x7f;//關(guān)閉交流接觸器</p><p><b>　　dU=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b>&

116、lt;/p><p><b>　　{</b></p><p>　　PORTD&=0x7f;//關(guān)閉交流接觸器 dU=((Error[2]-Error[1])*200)+((Error[2])*200)+((Error[2]-(Error[1]*2)+Error[0])*60);</p><p>　　dU+=(con_temp-300)*