1、東華理工學(xué)院長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 電加熱爐溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)英文題目 The Hardware Development for Controlling Temperature of an Electronic Heating Furnace 學(xué)生姓名 萬(wàn)葵班 級(jí) 指導(dǎo)教師 羅先喜專 業(yè) 自動(dòng)化二零零六年六 月 摘要本文以電加熱爐的溫度控制為被控對(duì)象，通過(guò)對(duì)電加熱爐的溫度控制對(duì)象特性的分析來(lái)確定電加熱爐的溫度控制硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制方案。冶金、化工、機(jī)械各類工業(yè)控制中，電加熱爐得到了廣泛的應(yīng)用，其溫度控制具有非線性、大滯后、大慣性、時(shí)變性、升溫單向性等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的以普通雙向晶閘管(S

2、CR) 控制的高溫電加熱爐采用移相觸發(fā)電路改變晶閘管導(dǎo)通角的大小來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率, 達(dá)到自動(dòng)控制電爐溫度的目的。這種移相方式輸出一種非正弦波, 實(shí)踐表明這種控制方式產(chǎn)生相當(dāng)大的中頻干擾, 并通過(guò)電網(wǎng)傳輸, 給電力系統(tǒng)造成“公害”。采用固態(tài)繼電器控溫電路, 通過(guò)單片機(jī)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(jìn)的控制方法。為了降低成本和保證較高的控溫精度, 采用ATMEL AT89C52芯片和通過(guò)控制過(guò)零觸發(fā)型固態(tài)繼電器的通斷比，來(lái)控制輸入到加熱爐的功率，從而達(dá)到控制溫度的目的。測(cè)量部分是采用鉑銠10-鉑熱電偶。為了在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中具有較強(qiáng)的抗干擾能力,采取了一系列抗干擾措施

3、。以單片機(jī)為核心, 采用溫度變送器和固態(tài)繼電器控溫電路, 實(shí)現(xiàn)對(duì)電爐溫度的自動(dòng)控制。該控制系統(tǒng)具有硬件成本低、控溫精度較高、可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。有較高的適用價(jià)值和理論價(jià)值。關(guān)鍵字電加熱爐溫度控制；AT89C52；PID閉環(huán)控制；鉑銠10-鉑熱電偶；SSR AbstractThis paper with the temperature control of electric heating furnace for the control object, by virtue of the object characteristic of analysis for temperature

4、control of electric heating furnace then to certain the hardware system of design and control solutions for the heating furnace.In all walks of control realms,for example: The metallurgy,chemical engineering,machine and other industry control field, electric heating furnace got an extensive applicat

5、ion, its temperature control has characteristics of non-linear,big lag,big inertial,time-variable and warm up unilateralism etc. Use bidirectional SCR that Traditional way to control temperature of heating furnace is a phase shift style thich make no doubt of could control temperature automatically

6、but be proved to that could produce the fearfulness intermediate frequency interfere result in a common disaster to power system during transportatiion.On the contrary control, by using micro-chip computer assort with the slide state raley (SSR) to control temperature is a steady , reliable and adva

7、nced way for the intact sine wave which couldnt disturb the power system. In order to reduce and be sure of high precision ,we use ATMEL AT89C52 micro-chip computer ,which be prove a wonderful ability of anti-jaming,to control the power of radiation resistance which could infect temperature directly

8、 by order the proportion of ON/OFF of SSR,The measurement part we select the thermocouple (platinum rhodium 10- platinum) to detect the variable temperature.and to achive automatic control.This control system possess strongpoint of low cost, high control accuracy , good reliability and good resistan

9、ce to interferenceetc,so it have some worthwhile to put on application.Keywordselectric heating furnace； AT89C52；PID close-loop control thermocouple (platinum rhodium 10- platinum)；SSR 目 錄摘要與關(guān)鍵詞.I英文摘要與關(guān)鍵詞.II緒論.11. 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì).31.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 .31.2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 .31.3 系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) .31.4 系統(tǒng)的總統(tǒng)方案設(shè)計(jì) .41.5 硬件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

10、.42電加熱爐溫度單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .62.1 系統(tǒng)概述.62.2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu).62.3 系統(tǒng)的基本工作原理.62.4 系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo).73溫度控制硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) .83.1硬件電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)規(guī)范.83.2 芯片功能介紹.83.3 分模塊詳述系統(tǒng)各部分的實(shí)現(xiàn)方法.203.3.1 溫度采集電路.203.3.2 控制芯片.223.3.3 加熱器控制電路.273.3.4 抗干擾電路(看門(mén)狗電路) .283.3.5 A/D轉(zhuǎn)換器.293.3.6 溫度檢測(cè)和變送器.343.3.7 固態(tài)繼電器控溫電路.354系統(tǒng)軟件與模型 .39 4.1 數(shù)學(xué)模型建立.394.2 控制系統(tǒng)的算法設(shè)計(jì).394.3 編程

11、模型及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).404.4 軟件設(shè)計(jì).415系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù) . 42 5.1 硬件調(diào)試.425.2 軟件調(diào)試.42結(jié)論 .43致謝 .44參考文獻(xiàn) .45附錄1 源程序 .46附錄2 硬件電路總圖 .59 緒論單片微型計(jì)算機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，在很多的電子產(chǎn)品中扮演著各式各樣的控制角色。隨著溫度控制器應(yīng)用范圍的日益廣泛和多樣性，各種適用于不同場(chǎng)合的智能溫度控制器應(yīng)運(yùn)而生。在科研、生產(chǎn)中，常常需要對(duì)某些系統(tǒng)進(jìn)行溫度的監(jiān)測(cè)和控制。需檢測(cè)和控制的溫度系統(tǒng)一旦確定，其熱慣性大小和散熱等各項(xiàng)硬件條件就確定了。這時(shí)，影響系統(tǒng)熱平衡的因素主要有：系統(tǒng)溫度T、設(shè)定溫度Ta、系統(tǒng)周?chē)沫h(huán)境溫度Ts

12、以及加熱方式和調(diào)節(jié)方法。目前已有的實(shí)現(xiàn)溫控的方法有很多種，如:恒溫法、比例式、積分式及其組合的調(diào)節(jié)方法等等，其中有的方法達(dá)到熱平衡需要的時(shí)間很長(zhǎng)，但是其控溫精度很高，而有的是達(dá)到熱平衡的時(shí)間短，但其控溫精度卻不夠高。本文介紹如何用單片機(jī)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)溫度的自動(dòng)控制。用這種方法控溫，使整個(gè)系統(tǒng)靈活、可靠性高，系統(tǒng)達(dá)到熱平衡較快，而且精度也比較高，融合了前面列舉方法的優(yōu)點(diǎn)，而且更加簡(jiǎn)單方便。本文主要介紹單片機(jī)在溫度控制中的應(yīng)用，該控制系統(tǒng)具有硬件成本低、控溫精度較高、可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。而采用單片機(jī)對(duì)加熱爐進(jìn)行自動(dòng)控制，不但可以克服上述缺點(diǎn)，而且減輕工作人員的負(fù)擔(dān)。提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。電

13、加熱爐以其無(wú)污染、操作方便、自動(dòng)化程度高、出力穩(wěn)定切出力可調(diào)范圍大、節(jié)省基建投資等諸多優(yōu)點(diǎn)逐漸受到人們的歡迎。但這其中對(duì)溫度的控制上不是很理想，溫差大、溫度控制精度不準(zhǔn)確。針對(duì)這一情況。近年來(lái)，不少人對(duì)微機(jī)溫度控制這一課題進(jìn)行研究。一般的電加熱爐溫度控制系統(tǒng)（如溫度控制表控制接觸器）的主要缺點(diǎn)是溫度波動(dòng)范圍大。傳統(tǒng)的以普通雙向晶閘管(SCR) 控制的高溫電加熱爐采用觸發(fā)電路改變晶閘管導(dǎo)通角的大小來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率, 達(dá)到自動(dòng)控制電爐溫度的目的。這種移相方式輸出一種非正弦波, 實(shí)踐表明這種控制方式產(chǎn)生相當(dāng)大的中頻干擾, 并通過(guò)電網(wǎng)傳輸, 給電力系統(tǒng)造成“公害”。他們的工作多數(shù)是采用時(shí)間比例控制及改善

14、比例溫度控制規(guī)律進(jìn)行的。這種控制溫度系統(tǒng)能使溫度穩(wěn)定在某一具體值上(熱平衡狀態(tài)),但當(dāng)某作用量發(fā)生變化時(shí)(如電源電壓變化時(shí))被控溫度雖然能達(dá)到新的平衡狀態(tài),但是永遠(yuǎn)也回不到原來(lái)的給定值上,這是P控制的致命弱點(diǎn),即有靜差(或稱穩(wěn)態(tài)偏差),如果在P控制基礎(chǔ)上增加I控制,則可消除其靜差,再增加D控制,則能夠提高控制系統(tǒng)抗外界干擾的能力.這即本論文所要研究的PID控制方法。電阻爐爐溫控制系統(tǒng)的研究方向是：熱電偶對(duì)爐溫進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換芯片得到相應(yīng)的數(shù)字量，經(jīng)過(guò)單片微機(jī)AT89C52進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，得到應(yīng)有的控制量，去控制加熱功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。電加熱爐是一個(gè)非線性的、時(shí)變的、分布參數(shù)的復(fù)雜被

15、控對(duì)象。要實(shí)現(xiàn)其最優(yōu)控制，必須建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，然后求取相應(yīng)的控制器方程。 普通的電加熱爐是一種常見(jiàn)的設(shè)備。在其控制系統(tǒng)中，溫度控制是其中的關(guān)鍵部分，目前國(guó)內(nèi)電加熱爐普遍采用PID模擬控制算法，而這種算法一般溫差大，很難保證溫度控制在1，溫度是工業(yè)控制對(duì)象中的主要被控參數(shù)，特別是在冶金、化工、機(jī)械、檢定計(jì)量等領(lǐng)域，廣泛的使用著各種加熱爐、熱處理等，所采用的加熱方法及燃料也不相同，如油、電、天燃?xì)獾?。但就溫度控制系統(tǒng)本身而言，均屬于一階純滯后環(huán)節(jié)，本論文介紹的溫度控制系統(tǒng)的內(nèi)容是如何得用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電加熱爐的精確控制：首先，位于電熱爐中的S型高溫?zé)犭娕紝?duì)爐內(nèi)溫度進(jìn)得感測(cè)并將電壓信號(hào)送到溫

16、度變送器及其附屬轉(zhuǎn)換電路，后者將熱電偶的信號(hào)進(jìn)得轉(zhuǎn)換處理后直接送給A/D轉(zhuǎn)換器AD574A，到這時(shí)，原始的溫度信號(hào)才最終有規(guī)律地變換成了單片微機(jī)可以讀取的信號(hào)，然后借助于AT89C52單片機(jī)內(nèi)部強(qiáng)大的運(yùn)算處理能力將信號(hào)進(jìn)行比較分析計(jì)算后產(chǎn)生最終的控制信號(hào)用來(lái)控制雙向可控硅的通斷占空比來(lái)達(dá)到調(diào)溫的目的。本系統(tǒng)的外圍接口布置了鍵盤(pán)（一共16鍵，含數(shù)字鍵10個(gè)和6個(gè)主功能鍵）、7段LED數(shù)碼顯示屏（一共8位，分別為四位的當(dāng)前實(shí)時(shí)溫度顯示和四位的設(shè)定參考溫度顯示）、微型打印機(jī)用來(lái)對(duì)歷史溫度數(shù)據(jù)的打印，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)曲線和數(shù)據(jù)兩種的打印方式。主要技術(shù)指標(biāo)有：電加熱爐溫度加熱范圍：1500調(diào)節(jié)溫度的

17、超調(diào)量小于30%能實(shí)時(shí)顯示爐內(nèi)溫度，記錄溫度變化的過(guò)程施加電壓范圍：0-220V相AC或DC加熱方式：電阻絲直接加熱爐內(nèi)容積：0.30.250.3M3最大功率：4KW。 1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)步驟，工程設(shè)計(jì)等方面。1.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則一般系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則包含安全性（穩(wěn)定抗干擾性），操作的便利性（人性化），實(shí)時(shí)性，通用性和經(jīng)濟(jì)性。（1）安全可靠首先要選用高性能的AT89C52單片機(jī)，保證在惡劣的工業(yè)環(huán)境下能正常運(yùn)行。其次是設(shè)計(jì)可靠的控制方案，并具有各種安全保護(hù)措施，如報(bào)警、事故預(yù)測(cè)、事故處理和不間斷電源等。（2）操作維護(hù)方便操作方便表現(xiàn)在操作簡(jiǎn)單、直觀形象和

18、便于掌握且不強(qiáng)求操作工要掌握計(jì)算機(jī)知識(shí)才能操作。（3）實(shí)時(shí)性強(qiáng)選用高性能的AT89C52單片機(jī)的實(shí)時(shí)性，表現(xiàn)在內(nèi)部和外部事件能及時(shí)地響應(yīng)，并做出相應(yīng)的處理。（4）通用性好系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮能適應(yīng)不同的設(shè)備和各種不同設(shè)備和各種不同控制對(duì)象，并采用積木式結(jié)構(gòu)，按照控制要求靈活構(gòu)成系統(tǒng)。主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是硬件板設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)（如PC總線），配置各種通用的模板，以便擴(kuò)充功能時(shí)，只需增加功能模板就能實(shí)現(xiàn)；二是軟件功能模塊或控制算法采用標(biāo)準(zhǔn)模塊結(jié)構(gòu)，用戶使用時(shí)不需要二次開(kāi)發(fā)，只需各種功能模塊，靈活地進(jìn)行控制系統(tǒng)組態(tài)。（5）經(jīng)濟(jì)效益高1.2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟（1）工程項(xiàng)目與控制任務(wù)的確定階段（2）項(xiàng)目

19、的設(shè)計(jì)階段系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)、方案論證評(píng)審硬件和軟件的分別細(xì)化設(shè)計(jì)硬件和軟件的分別調(diào)試系統(tǒng)的組裝（3）離線仿真和調(diào)試階段1.3 系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)本論文設(shè)計(jì)對(duì)比目前最為流行的爐溫控制方案后,采用了性能可靠且實(shí)施相對(duì)簡(jiǎn)易的單片機(jī)結(jié)合雙向可控硅來(lái)達(dá)到調(diào)功及實(shí)現(xiàn)溫度控制,具體概述參見(jiàn)模塊化電路章節(jié).1.4 系統(tǒng)的總統(tǒng)方案設(shè)計(jì)確定系統(tǒng)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備選擇確定控制策略和控制算法硬件、軟件的功能劃分系統(tǒng)總體方案 （1）系統(tǒng)的主要功能、技術(shù)指標(biāo)、原理性方框及文字說(shuō)明。 （2）系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)幾配置，主要軟件的功能、結(jié)構(gòu)幾框圖。 （3）保證性能指標(biāo)要求的技術(shù)措施。 （4）抗干擾性和可靠性設(shè)

20、計(jì)。 1.5 硬件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) （1）選擇系統(tǒng)的總線和主機(jī)機(jī)型 選擇系統(tǒng)的總線，系統(tǒng)總線的優(yōu)點(diǎn)：采用總線可以簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)，用戶可根據(jù)需要直接選用符合總線標(biāo)準(zhǔn)的功能模板，而不必考慮模板插件之間的匹配問(wèn)題，使系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化；系統(tǒng)可擴(kuò)性好，僅需將總線標(biāo)準(zhǔn)研制的新的功能模板插在總線槽中即可；系統(tǒng)更新性好，一旦出現(xiàn)新的微處理器、存儲(chǔ)器芯片相接口電路，只要將這些新的芯片按總線標(biāo)準(zhǔn)研制成各類插件，即可取代原來(lái)的模板而升級(jí)更新系統(tǒng)。包括內(nèi)總線選擇和外總線選擇 （2）選擇主機(jī)機(jī)型 選擇輸入輸出通道模板模擬量輸入輸出模板 （3）選擇變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu) 選擇變送器 選擇的變送器有溫度變送器、壓力變送器、液位

21、變送器、差壓變送器、流量變送器、各種電量變送器等，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可根據(jù)被測(cè)參數(shù)的種類、量程、被測(cè)對(duì)象的介質(zhì)類型和環(huán)境選擇變送器的具體型號(hào)。本文著眼于爐溫控制，首當(dāng)其沖選擇溫度變送器。 選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用是接受計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成調(diào)整機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，使生產(chǎn)過(guò)程按預(yù)先規(guī)定的要求正常運(yùn)行。執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為氣動(dòng)、電動(dòng)和液壓3種類型電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。本文采用過(guò)零觸發(fā)的光耦可控制硅來(lái)實(shí)際對(duì)加熱爐的調(diào)溫。其顯著特性是只有當(dāng)負(fù)載交流電源到達(dá)過(guò)零區(qū)時(shí)SSR才導(dǎo)通，所以負(fù)載工作時(shí)近似正弦波，可減少高次諧波對(duì)電網(wǎng)的干擾。 2. 電加熱爐溫度單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)概述一般的電加熱爐

22、 控制系統(tǒng)（如溫度控制表控制接觸器）的主要缺點(diǎn)是溫度波動(dòng)范圍大。由于它重主要通過(guò)接觸器的通斷時(shí)間比例來(lái)達(dá)到該表加熱功率的目的，受儀表本身誤差和交流接觸器的壽命限制，通斷頻率很低，故溫度控制精度低，單片機(jī)脈寬調(diào)溫閉環(huán)系統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)作為該控制系統(tǒng)的核心，采用脈沖調(diào)寬技術(shù)，雙向可控硅輸出，工作穩(wěn)定、性能可靠。熱點(diǎn)偶的冷端補(bǔ)償采用熱電阻溫度傳感器，測(cè)量準(zhǔn)確，克服了常規(guī)方法補(bǔ)償誤差大的缺點(diǎn)。該系統(tǒng)具有軟啟動(dòng)、程序升溫、鍵盤(pán)輸入、顯示打印等功能，使溫度控制穩(wěn)態(tài)誤差精度達(dá)1。2.2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程分為總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試四個(gè)部分。在進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)前

23、，應(yīng)該首先考慮對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行深入的調(diào)查和分析，并熟悉工藝流程，根據(jù)生產(chǎn)中提出來(lái)的問(wèn)題，確定系統(tǒng)所需要完成的任務(wù)。然后寫(xiě)出論證，選擇控制方案，控制方案的好壞，直接影響控制效果、系統(tǒng)投資和系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的電加熱爐溫度控制系統(tǒng)如圖2-2放大濾波熱電偶AD574A聲光報(bào)警雙向可控硅SSR功率放大冷端補(bǔ)償AT89C52地址鎖存和譯碼EPROM2732顯示器鍵盤(pán)8279多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電加熱爐微打 圖2-1電加熱爐系統(tǒng)總框圖2.3 系統(tǒng)的基本工作原理工作原理：爐溫控制程序及溫度與熱電偶電勢(shì)之間的對(duì)于關(guān)系表存放在EPROM2732中，雙向可控硅采用過(guò)零觸發(fā)方式。觸發(fā)脈沖由過(guò)零同步脈沖形成電路提供。

24、在每個(gè)工作周期T內(nèi)的工作占空比與單片機(jī)輸出的門(mén)控脈沖信號(hào)決定。鍵盤(pán)與顯示器用于各種參數(shù)的設(shè)置和顯示。熱電偶與放大器將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成熱電勢(shì)信號(hào)并放大，再由A/D轉(zhuǎn)換器換成相應(yīng)的數(shù)字量供單片機(jī)識(shí)別處理。單片機(jī)每隔一定時(shí)間啟動(dòng)一次A/D轉(zhuǎn)換、采樣一次現(xiàn)場(chǎng)溫度，將溫度數(shù)據(jù)與給定溫度WT進(jìn)行比較，得到溫差，再根據(jù)偏差的大小和正負(fù)，通過(guò)PID控制算法送出1個(gè)具有相應(yīng)寬，讓一定數(shù)量的觸發(fā)脈沖在高電平奇跡通過(guò)控制門(mén)去觸發(fā)可控硅，對(duì)被測(cè)溫度調(diào)節(jié)開(kāi)度的門(mén)控脈沖。 本系統(tǒng)的功能主要有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、輸出控制。能對(duì)01500C范圍內(nèi)的各種電加熱爐的溫度進(jìn)行精密測(cè)量，同時(shí)，八位LED顯示器直接跟蹤顯示被控對(duì)象的溫度

25、值和設(shè)定值，準(zhǔn)確度高，顯示清晰，穩(wěn)定可靠，使用方便（在具體設(shè)計(jì)編程、調(diào)試過(guò)程中，為了調(diào)試方便，編程把溫度范圍設(shè)在01500C。本系統(tǒng)的原理框圖如下圖所示。數(shù)據(jù)采集部分能完成對(duì)被測(cè)信號(hào)的采樣，顯示分辨率1C，測(cè)量精度1C ，控制精度1C，可以實(shí)現(xiàn)采集信號(hào)的放大及A/D轉(zhuǎn)換，并自動(dòng)進(jìn)行零漂校正，同時(shí)按設(shè)定值、所測(cè)溫度值、溫度變化速率，自動(dòng)進(jìn)行PID參數(shù)自整定和運(yùn)算，并輸出010mA控制電流，配以主回路實(shí)現(xiàn)溫度的控制。數(shù)據(jù)處理分為預(yù)處理、功能性處理、抗干擾等子功能。輸出控制部分主要是數(shù)碼管顯示控制。2.4 系統(tǒng)的技術(shù)要求（1）溫度范圍：40 1500（2）供電電壓：三相交流380V（3）調(diào)節(jié)溫度的超

26、調(diào)量小于30%（4）功率范圍：4 kW 3. 溫度控制硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1硬件電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)規(guī)范 原理圖主要由設(shè)計(jì)、診斷與檢查組成。 原理圖的設(shè)計(jì)要符合以下幾點(diǎn)要求： （1) 原理圖設(shè)計(jì)要符合項(xiàng)目的工作原理，連線要正確。 （2) 圖中所使用的元器件要合理選用，電阻，電容等器件的參數(shù)要正確標(biāo)明。 （3) 原理圖要完整，CPU，外圍器件，擴(kuò)展接口，輸入/輸出裝置要一應(yīng)俱全。 原理圖的設(shè)計(jì)、診斷與檢查在Protel DXP軟件環(huán)境下完成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)入印制板制作、器件焊接及軟件編程階段。在印制板設(shè) 計(jì)時(shí)，要仔細(xì)考慮印制板的面積、布局及連線長(zhǎng)度，以減小對(duì)信號(hào)的延時(shí)和杠干 擾。對(duì)加工好的印制板還要進(jìn)

27、行仔細(xì)的檢查，最后將器件、插座及元件等逐一焊 接在印制板上。3.2 主要芯片功能介紹（1）AT89C52AT89C52是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓,高性能CMOS8位單片機(jī),片內(nèi)含8K BYTES的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器(PEROM)和256BYTES的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度,非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn),與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容,片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲(chǔ)單元,功能強(qiáng)大AT89C52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合.AT89C52主要性能參數(shù)：與MCS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容8K字節(jié)可重擦寫(xiě)Flas

28、h閃速存儲(chǔ)器1000次擦寫(xiě)周期 全靜態(tài)操作:0Hz24Hz三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器256*8字節(jié)內(nèi)部RAM32個(gè)可編程I/O口線3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器 圖3-1 AT89C52引腳分布8個(gè)中斷源可編程串行UART通道低功耗空閑和掉電模式管腳說(shuō)明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每個(gè)管腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳寫(xiě)“1”時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部電位必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供

29、上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入“1”后，電位被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳電位被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時(shí)，P2口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)

30、勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入時(shí)，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)，也是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3.0 RXD(串行輸入口)P3.1 TXD(串行輸出口)P3.2 (外部中斷0) P3.3 (外部中斷1)P3.4 T0(記時(shí)器0外部輸入)P3.5 T1(記時(shí)器1外部輸入)P3.

31、6 (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通)P3.7 (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時(shí)ALE才起作用。

32、另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。 ：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取址期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的信號(hào)將不出現(xiàn)。 ：當(dāng)保持低電平時(shí)，訪問(wèn)外部ROM；注意加密方式1時(shí)，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時(shí)，訪問(wèn)內(nèi)部ROM。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。AT89C52的基本操作 如圖所示，在X1和X2之間接一只石英振蕩晶體構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路，它還有另一種接法，是把外部振蕩

33、器的信號(hào)直接連接到XTAL1端，XTAL2端懸空不用。 AT89C52復(fù)位引腳RST/VP通過(guò)片內(nèi)一個(gè)施密特觸發(fā)器(抑制噪聲作用)與片內(nèi)復(fù)位電路相連，施密特觸發(fā)器的輸出在每一個(gè)機(jī)器周期由復(fù)位電路采樣一次。當(dāng)振蕩電路工作，并且在RST引腳上加一個(gè)至少保持2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，就能使AT89C52完成一次復(fù)位。復(fù)位不影響RAM的內(nèi)容。復(fù)位后，PC指向0000H單元，使單片機(jī)從起始地址0000H單元開(kāi)始重新執(zhí)行程序。所以，當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行出錯(cuò)或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，可按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。AT89C52單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種復(fù)位方式。上電復(fù)位利用電容器充電來(lái)實(shí)現(xiàn)。按鈕復(fù)位又分為按鈕電平復(fù)位和按鈕

34、脈沖復(fù)位。前者將復(fù)位端通過(guò)電阻與Vcc相接；后者利用RC微分電路產(chǎn)生正脈沖來(lái)達(dá)到復(fù)位目的。復(fù)位電路參數(shù)的選擇應(yīng)能保證復(fù)位高電平持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期。本系統(tǒng)采用的是按鍵脈沖復(fù)位，具體電路和原理將在下面的章節(jié)介紹。振蕩器特性：XTAL1、XTAL2為片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入和輸出端?？刹捎檬⒕w或陶瓷振蕩器組成時(shí)鐘振蕩器，如需從外部輸入時(shí)鐘AT89C52，時(shí)鐘信號(hào)從XTAL1輸入，XTAL2應(yīng)懸空。由于輸入到內(nèi)部電路是經(jīng)過(guò)一個(gè)2分頻觸發(fā)器，所以輸入的外部時(shí)鐘信號(hào)無(wú)需特殊要求，但它必須符合電平的最大和最小值及時(shí)序規(guī)范。（2）82798279芯片在擴(kuò)展顯示器和鍵盤(pán)時(shí)功能強(qiáng)、使用方便。8279

35、是Intel公司為8位微處理器設(shè)計(jì)的通用鍵盤(pán)/顯示器接口芯片，其功能是：接收來(lái)自鍵盤(pán)的輸入數(shù)據(jù)并作預(yù)處理；完成數(shù)據(jù)顯示的管理和數(shù)據(jù)顯示器的控制。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)采用8279管理鍵盤(pán)和顯示器，軟件編程極為簡(jiǎn)單，顯示穩(wěn)定，且減少了主機(jī)的負(fù)擔(dān)。 圖3-2 8279芯片內(nèi)部功能塊數(shù)據(jù)緩沖器將雙向三態(tài)8位內(nèi)部數(shù)據(jù)總線D0D7與系統(tǒng)總線相連，用于傳送CPU與8279之間的命令和狀態(tài)?？刂坪投〞r(shí)寄存器用于寄存鍵盤(pán)和顯示器的工作方式，鎖存操作命令，通過(guò)譯碼器產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，使8279的各個(gè)部件完成相應(yīng)的控制功能。定時(shí)器包含一些計(jì)數(shù)器，其中有一個(gè)可編程的5位計(jì)數(shù)器（計(jì)數(shù)值在231間），對(duì)CLK輸入的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)

36、行分頻，產(chǎn)生100 KHz的內(nèi)部定時(shí)信號(hào)（此時(shí)掃描時(shí)間為5.1ms，消抖時(shí)間為10.3ms）。外部輸入時(shí)鐘信號(hào)周期不小于500ns。掃描計(jì)數(shù)器有兩種輸出方式：一是編碼方式，計(jì)數(shù)器以二進(jìn)制方式計(jì)數(shù)，4位計(jì)數(shù)狀態(tài)從掃描線SL3SL0 輸出，經(jīng)外部譯碼器可以產(chǎn)生16位的鍵盤(pán)和顯示器掃描信號(hào)；另一種是譯碼方式，掃描計(jì)數(shù)器的低兩位經(jīng)內(nèi)部譯碼后從SL3SL0 輸出，直接作為鍵盤(pán)和顯示器的掃描信號(hào)?；厮途彌_器、鍵盤(pán)消抖及控制完成對(duì)鍵盤(pán)的自動(dòng)掃描以搜索閉合鍵，鎖存RL7RL0的鍵輸入信息，消除鍵的抖動(dòng)，將鍵輸入數(shù)據(jù)寫(xiě)入內(nèi)部先進(jìn)先出存儲(chǔ)器（FIFO RAM）。RL7RL0為回送信號(hào)線作為鍵盤(pán)的檢測(cè)輸入線，由回送

37、緩沖器緩沖并鎖存，當(dāng)某一鍵閉合時(shí)，附加的移位狀態(tài)SHIFT、控制狀態(tài)CNTL及掃描碼和回送信號(hào)拼裝成一個(gè)字節(jié)的“鍵盤(pán)數(shù)據(jù)”送入8279內(nèi)部的FIFO（先進(jìn)先出）RAM。 鍵盤(pán)的數(shù)據(jù)格式為：位76543210CNTLSHIFT掃描（閉合鍵行號(hào)）回送（閉合鍵行號(hào)）在傳感器矩陣方式和選通方式時(shí)，回送線RL7RL0的內(nèi)容被直接送往相應(yīng)的FIFO RAM。輸入數(shù)據(jù)即為RL7RL0。數(shù)據(jù)格式為：位76543210RL7 RL6RL5RL4RL3RL 2RL1RL0FIFO/傳感器RAM是具有雙功能的88 RAM。在鍵盤(pán)或選通方式時(shí)，它作為FIFO RAM，依先進(jìn)先出的規(guī)則輸入或讀出，其狀態(tài)存放在FIFO/

38、傳感器RAM狀態(tài)寄存器中。只要FIFO RAM不空，狀態(tài)邏輯將置中斷請(qǐng)求IRQ=1；在傳感器矩陣方式，作為傳感器RAM，當(dāng)檢測(cè)出傳感器矩陣的開(kāi)關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，中斷請(qǐng)求信號(hào)IRQ=1。在外部譯碼掃描方式時(shí)，可對(duì)88矩陣開(kāi)關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行掃描，在內(nèi)部譯碼掃描方式時(shí)，可對(duì)48矩陣開(kāi)關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行掃描。顯示RAM用來(lái)存儲(chǔ)顯示數(shù)據(jù)，容量是168位。在顯示過(guò)程中，存儲(chǔ)的顯示數(shù)據(jù)輪流從顯示寄存器輸出。顯示寄存器輸出分成兩組，即OUTA0OUTA3和OUTB0OUTB3，兩組可以單獨(dú)送數(shù)，也可以組成一個(gè)8位的字節(jié)輸出，該輸出與位選掃描線SL0SL3配合就可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描顯示。顯示地址寄存器用來(lái)寄存CPU讀/寫(xiě)顯示

39、RAM的地址，可以設(shè)置為每次讀出或?qū)懭牒笞詣?dòng)遞增。DB7DB0為雙向外部數(shù)據(jù)總線 ； IRQ為中斷請(qǐng)求輸出線。RL7RL0為鍵盤(pán)回送線。SL3SL0為掃描輸出線。OUTB3OUTB0、OUTA3OUTA0。為顯示寄存器數(shù)據(jù)輸出線。RESET為復(fù)位輸入線。 SHIFT為換檔鍵輸入線。CNTL/STB為控制/選通輸入線。CLK為外部時(shí)鐘輸入線。 圖3-3 8279芯片引腳分布 圖3-4 8279芯片擴(kuò)展鍵盤(pán)電路8279是可編程接口芯片，通過(guò)編程使其實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，編程的過(guò)程實(shí)際上就是CPU向8279發(fā)送控制指令的過(guò)程。在軟件設(shè)計(jì)中，顯示方式采用了8個(gè)字符顯示，左入方式，編碼掃描鍵盤(pán)，雙鍵鎖定。由于

40、該系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性及速度要求并不十分高，所以時(shí)鐘頻率采用6MHz已足夠了，故程序時(shí)鐘命令字取為2AH，用以保證100kHz的內(nèi)部工作頻率。由于采用10ms定時(shí)掃描查詢方式，所以在下次開(kāi)始掃描時(shí)，先應(yīng)清空8279，清除顯示RAM大約需要160s的間，在此期間，F(xiàn)IFO狀態(tài)字的最高位DU=1，表示顯示無(wú)效，CPU不能顯示RAM寫(xiě)入數(shù)據(jù)，所以清除命令狀態(tài)字取D1H。CPU對(duì)8279的控制是先讀回8279的狀態(tài)字，查看PIFORAM中有無(wú)字符，若有將根據(jù)字符個(gè)數(shù)讀出所有字符，并進(jìn)行相應(yīng)處理；若無(wú)，則直接返回。CPU對(duì)8279的監(jiān)視采用查詢方式，對(duì)8279分配的數(shù)據(jù)口地址為8000H，狀態(tài)口地址為8001H

41、，CPU每隔10ms定時(shí)中斷查詢一次，所有顯示采用查詢段碼表的方式實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)過(guò)程，提高了程序質(zhì)量。程序框圖如圖及程序代碼。開(kāi)始清楚命令8279讀8279狀態(tài)字DU=1？方式命令8279顯示緩沖器地址R1長(zhǎng)度R2取顯示緩沖器地址8279顯示R1+1R2DU=1？ 圖3-5 鍵顯流程圖初始化程序如下： INIT: MOV DPTR，#7FFFH ；置8279命令/狀態(tài)口地址 MOV A，#0D1H ；置清顯示命令字 MOVX DPTR，A ；送清顯示命令 WEIT: MOVX A，DPTR ；讀狀態(tài) JB ACC.7，WEIT ；等待清顯示RAM結(jié)束 MOV A，#34H ；置分頻系數(shù)，

42、晶振12MHz MOVX DPTR，A ；送分頻系數(shù) MOV A，#00H ；置鍵盤(pán)/顯示命令 MOVX DPTR，A ；送鍵盤(pán)/顯示命令 MOV IE，#84H ；允許8279中斷 RET（3） 固態(tài)繼電器(OMRON G3NA-D210B)產(chǎn)品特點(diǎn)：輸入與輸出回路之間光隔離。 控制信號(hào)與TTL邏輯接口。 雙向可控硅輸出，零電流關(guān)斷。 大于2000V的隔離電壓。 插件焊接結(jié)構(gòu)，體積小，安裝簡(jiǎn)便。 6產(chǎn)品主要用于工業(yè)自動(dòng)化中弱電與強(qiáng)電的隔離控制也可以作為各種大功率輸出器件的推動(dòng)級(jí)和小功率的用電器。如電動(dòng)機(jī)、電磁閥、電源等無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制。 型號(hào)參數(shù) OMRON G3NA-D210B (內(nèi)部電路圖

43、如下)輸入?yún)?shù) 控制額定電壓 DC 524V AC 100240V耐壓(輸入與輸出之間) AC2,500V 50/60Hz 1min漏電流 5mA以下(AC100V)控制電流 28 mA 啟動(dòng)電流 6 mA 關(guān)閉電壓 1 VDC 通斷時(shí)間 15 mS 輸出參數(shù) 負(fù)載電壓 180528 VAC 最大負(fù)載電流 1 A 3 A 6 A 通態(tài)壓降 1.5 V 斷態(tài)電壓 400 V 800 V 性能參數(shù) 隔離電壓 2000 V 絕緣電阻 100 M 工作溫度 20 75 電源頻率 50/60 HZ 負(fù)載電流安全系數(shù) 阻性負(fù)載取50-60%,感性負(fù)載取30-40% 7.附圖如下:(僅供參考) 圖3-6 固

44、態(tài)繼是器示意圖 圖2-8 固態(tài)繼電器內(nèi)部電路圖（4）微打(采用北京思普特科技發(fā)展有限公司的SP系列微型面板式打印機(jī))主要特點(diǎn):采用針式撞擊點(diǎn)陣打印方法。特別為安裝在儀器或設(shè)備的垂直面板上而設(shè)計(jì)。智能化打印控制36個(gè)通用WSC打印命令。打印寬度:16字符/行,24字符/行或40字符/行有三種機(jī)型可選。打印字模:全部96個(gè)5*7點(diǎn)陣ASCII字符和352個(gè)5*7或6*8點(diǎn)陣其它字符或圖符,32個(gè)用戶可定義6*8點(diǎn)陣字符。打印漢字:16*16或12*12點(diǎn)陣。打印接口:RS-232C兼容串行接口。打印紙：44.5或57.5毫米寬，40毫米直徑的普通白紙紙卷。在線/離線選擇按鍵和走紙按鍵。在線/離線狀

45、態(tài)指示。單電源直流5V操作，電流小于1.5A。外形尺寸111（寬）*65（高）*75（深）毫米。 圖3-7 微打示意圖 圖3-8 微打外部接線端口微型打印機(jī)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中屬于一種智能外設(shè)，它與微機(jī)接口方便并擁有相關(guān)的指令系統(tǒng)和字型庫(kù)，具有多種打印模式可以永久性保存數(shù)據(jù)，因此得到廣泛的應(yīng)用。（5）串行接口連接 SP-DN 打印機(jī)的串行接口與RS-232C標(biāo)準(zhǔn)兼容,其接口插座為矩形10線孔形插座.可采用矩形10線針插頭與之配接.串行接口插座的序號(hào)如下表所示:表3-1 兩種握手方式的表達(dá)引腳號(hào) 信號(hào) 源 說(shuō)明 3 TXD 主機(jī)打印機(jī)從主機(jī)接收數(shù)據(jù) 2 RXD打印機(jī)當(dāng)使用X-ON/X-OFF握手協(xié)議時(shí),打印機(jī)向主機(jī)發(fā)送控制碼X-ON/X-OFF 8 CTS打印機(jī)該信號(hào)為“MARK”狀態(tài)時(shí)表示打印機(jī)正“忙”不能接受數(shù)據(jù)，而當(dāng)該信號(hào)為“SPACE”時(shí)表示打印機(jī)“準(zhǔn)備好”可接受數(shù)據(jù) 6 DSR打印機(jī)該信號(hào)為“SPACE”狀態(tài)表示打印機(jī)“在線” 5 GND - 信號(hào)地 1 DCD打印機(jī) 同信號(hào)CTS 表3-2 異步通訊位異步串行通訊格式如下圖：起始位數(shù)據(jù)位 奇偶校驗(yàn)位 停止位 其中起始位和停止位都是1位。數(shù)據(jù)位為7或8位。奇偶校驗(yàn)位1位。當(dāng)選7位數(shù)據(jù)時(shí)，只允許偶校驗(yàn)。檢驗(yàn)方式可以通過(guò)機(jī)內(nèi)DI