基于單片機的電阻爐爐溫控制系統硬件設計(更新版)

　　

【正文】 工 UART 的串行 I/O 口，用于實現單片機之間或單片機與 PC 機之間的串行通信。本系統主要完成數據采集、溫度顯示、爐溫控制、故障檢測以及報警功能，智能控制器由單片機完成，采用規則 自尋優的控制算法進行過程控制。 該系統具體的工作原理是這樣的：單片機定時對爐溫進行檢測，經 A／ D 轉換后得到相應的數字量，送到計算機，計算機依據給定的控制規則算法進行判斷和運算，得到應有的控制量去控制加熱系統，從而實現對溫度的控制。以單片機為核心的小型自控系統具有造價低廉，可靠性高，適用于各種環境條件下運行等優點，并且在系統硬件組成不變的情況下通過更改軟件設置來適應多種運行方式的需要，是傳統繼電器控制的理想替代品。 （ 2）常規智能控制系統 目前應用比較廣泛的是在以單片機或 PLC 為核心的控制系統中采用常規算法（如PID 算法）來實現對爐溫的智能控制。由于我國人口基數大，所以人均占有資源量相對很少。 電阻爐以電為熱源，通過電熱元件將電能轉化為熱能，在爐內對金屬進行加熱。在低溫爐內則以對流傳熱方式加熱，電熱元件裝在風道內，通過風機強迫爐內氣體循環流動，以加強對流傳熱。 16 參考文獻 14 系統干擾渠道 14 硬件方面抗干擾措施 14 解決空間干擾的措施 15 供電系統抗干擾措施 15 配置去耦電容提高系統穩定性 16 結束語 5 溫度檢測電路 5 LED 顯示電路圖 7 鍵盤輸入電路 9 時鐘電路 10 固態繼電器控制方法 10 固態繼電器的內部結構 10 PWM 控制原理 11 單片機與 PC 機串口通信電路 12 輔助電路 13 手動復位電路 13 報警電路 13 4 抗干擾措施 PWM control 基于單片機的電阻爐爐溫控制系統硬件設計 目 錄 1 引言 本文以 AT89C51 單片機為控制核心，進行了電阻爐爐溫控制系統的總體設計，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計任務。工業上用的電阻爐一 般由電熱元件、砌體、金屬殼體、爐門、爐用機械和電氣控制系統等組成。 電熱元件具有很高的耐熱性和高溫強度，很低的電阻溫度系數和良好的化學穩定性。國外在爐溫自動控制技術和設備的研究上發展迅速，美國微型電子計算機普及和單片機的應用使自動化系統發生了根本的變化，因而達到了較高的自動化程度。在對目前幾種傳統電加熱方式做比較后我們發現，它們各有優缺點： 基于單片機的電阻爐爐溫控制系統硬件設計 2 （ 1）電磁繼電器控制，即操作人員通過電磁繼電器來控制加熱爐電源開關的閉合來控制加熱爐的加熱過程。而基于精確數學模型的常規控制難以滿足加熱工藝曲線的要求。它的存在，提高了電器的品質，增加了智能溫度測量與控制電器的功能；并在智能溫度測量與控制電器中執行模擬人類智能的進程。 2℃ ； (3)實時顯示被測溫度； (4)故障報警。 （ 2）片內 256 字節數據存儲器 RAM/SFR，用以存放可以讀 /寫的數據，如運算的中間結果、最終結果以及欲顯示的數據等。 以上各個部分通過片內八位數據總線相連接。 （ 5） P3 口（ 10～ 17腳）： P3 口是一組帶有內部上拉電阻的 8位雙向 I/O多功能口。在閑置模式下， CPU 停止工作。溫度數據通過 SPI 端口輸出給單片機，其冷端補償的范圍是20℃ —— 80℃，測量范圍是 0—— ℃。 MC14495 是 BCD— 7段十六進制鎖存譯碼驅動芯片。 LED 顯示器工作于靜態工作方式時，各位的共陰極接地；若為共陽極，公共端則接+5V 電源。否則，轉為數 字鍵處理程序。初始化時，使鍵盤行輸入口全部為 0，當有鍵按下時， INT1 端為低電平，向 CPU發出中斷請求，進入中斷服務程序，執行掃描 式鍵盤輸入子程序。 固態繼電器的內部結構 交流固態繼電器為四端元件，兩個輸出端，兩個輸入端?？刂圃砣鐖D 7 所示，在控制脈沖的高電平期間，固態繼電器接通電阻爐電源， 電阻爐加熱；在控制脈沖的低電平期問，固態繼電器斷開電阻爐電源。 圖 8 PC上位機串行通信 電路 圖 基于單片機的電阻爐爐溫控制系統硬件設計 13 輔助電路 手動復位電路 為確保微機系統中電路穩定可靠工作，復位電路是必不可少的一部分，復位電路的第一功能是上電復位。 圖 9 復位電 路圖 報警電路 為了保證系統的穩定性及安全性，我們必須要對電阻爐的溫度有一個上下限溫度的設定。 (2)供電系統干擾 大功率設備，大感性負載設備的啟停會使得電網電壓大幅度漲落（浪涌），電網電壓的欠壓 或過壓常常達到額定電壓的 15% 以上。有時這種通過感應產生的干擾電壓會達到幾十伏以上，使單片機系統無法工作。 [12] 供電系統抗干擾措施 在此系統中為提高供電系統質量 ,防止竄入干擾建議采用如圖 11 所示形式和如下 8點措施。例如主機電源先用 7809 穩到 9V，再用 7805 穩到 5V。 配置去耦電容提高系統穩定性 印制 板上裝有多個集成電路，而當其中有些元件耗電很多時，地線上會出現很大的電位差。 如遇到印刷電路板空隙小裝不下時，可每 4～ 10 個芯片安置一個 1～ 10μ F 的限噪聲用的鉭電容器。硬件電路由單片機接口電路，溫度檢測電路， LED 顯示電路，鍵盤輸入電路， PWM 控制電路，以及報警復位 等輔助電路構