基于單片機的溫度控制系統的研究_畢業設計-資料下載頁

【導讀】小、功能強、性價比高等特點，把單片機應用于溫度控制中，采用單片機做主控單元，無觸點控制，可完成對溫度的采集和控制的要求。所以廣泛應用于電子儀表、家用電器、能和質量，又降低了成本，簡化了設計。應用，對溫度控制模塊的組成及主要所選器件進行了詳細的介紹。并根據具體的要求本。文編寫了適合本設計的軟件程序。溫度控制在熱處理工藝過程中,是一個非常重要的環節。控制精度直接影響著產品。本文研究的電爐是一種具有純滯后的大慣性系統，傳統的加熱爐控制系統。大多建立在一定的模型基礎上，難以保證加熱工藝要求。因此本文將模糊控制算法引入。傳統的加熱爐控制系統構成智能模糊控制系統。

　　

【正文】 7． 復位操作除了把 PC 初始 化為 0000H 之外，還對一些特殊功能寄存器（專用寄存器）有影響，它們的復位狀態見表 32。 8． 復位操作還對單片機的個別引腳信號有影響，例如把 ALE 和 PSEN 信號變為無效狀態，即 ALE=0,PSEN=1。但復位不影響單片機內部的 RAM 狀態。 表 32 單片機的復位狀態 專用寄存器 復位狀態 專用寄存器 復位狀態 PC 0000H TMOD 00H ACC 00H TCON 00H B 00H TL0 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL1 00H DPTR 000H0 TH1 00H P0～ P3 FFH SCON 00H IP 179。179。 000000B SBUF 不定 IE 0179。 000000B PCON 0179。179。179。 0000B 二、復位電路 從以上的敘述中，我們已經清楚復位電路的設計原理：在單片機的 RST 引腳上出現24個時鐘振蕩脈沖（ 2個機器周期）以上的高電平（為了保證應用系統可靠地復位，通常使 RST 引腳保持 10ms 以上的高電平）。根據這個原則，采用的電路是： 按鍵電平復位，如圖 323 所示，按鍵電平復位是通過使復位端經電阻與 Vcc 電源接通而實現的。 圖 323 復位電 路 時鐘電路的設計 時鐘電路用于產生單片機工作所需要的時鐘信號，單片機本身就是一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現，電路應在唯一的時鐘信號控制下嚴格地按時序進行工作。而時序所研究的則是指令執行中各信號之間的相互時間關系。 一、 時鐘電路 在介紹單片機引腳時，我們已經敘述過有關振蕩器的概念。振蕩電路產生的振蕩脈沖，并不是時鐘脈沖。這二者既有聯系又有區別。在由多片單片機組成的系統中，為了各單片機之間時鐘信號的同步，還引人公用外部脈沖信號作為各單片機的振蕩脈沖。 二、時鐘信號的產生 XTAL1（ 19 腳）是按外部晶體管的一個引腳。在單片機內部，它是一個反相放大器東華理工大學長江學院畢業設計（論文） 系統硬件 22 的輸入端，這個放大器構成了片內振蕩器。輸出端為引腳 XTAL2，在芯片的外部通過這兩個引腳接晶體震蕩器和微調電容，形成反饋電路，構成一個穩定的自激震蕩器。如圖 324 所示。 我們可以用示波器測出 XTAL2 上的波形。電路中的 C1 和 C2一般取 30PF 左右而晶體震蕩器的頻率范圍通常是 ～ 12 MHZ，晶體震蕩器的頻率越高，振蕩頻率就越高。 振蕩電路產生的振蕩脈沖并不是時鐘信號，而是經過二分頻后才作為系統達到時鐘信號。如圖 324 所示 。在二分頻的基礎上再三分頻產生 ALE 信號在二分頻的基礎上再六分頻得到機器周期信號。 本次設計中我們采用了 6MHZ 的晶體震蕩器。 圖 324 時鐘電路圖 鍵盤與顯示電路的設計 LED 數碼顯示器的接口電路 實際使用的 LED 數碼顯示器位數較多 ,為了簡化線路、降低成本，大多采用以軟件為主的接口方法。對于多位 LED 數碼顯示器，通常采用動態掃描顯示方法，即逐個地循環地點亮各位顯示器。這樣雖然在任一時刻只有 1 位顯示器被點亮，但是由于人眼具有視覺殘留效應，看起來與全部顯示器持續點亮 的效果基本一樣（在亮度上要有差別）。 為了實現 LED 顯示器的動態掃描顯示，除了要給顯示器提供顯示段瑪之外，還要對顯示器進行位的控制，即通常所說的“位控”。因此對于多位 LED 數碼顯示器的接口電路來說，需要有兩個輸出口，其中一個用于輸出顯示段碼；另一個用于輸出位控信號，“位控”實際上就是對 LED 顯示器的公共端進行控制，位控信號的數目與顯示器的位數相同。東華理工大學長江學院畢業設計（論文） 系統硬件 23 圖 325 6 位 LED 數碼顯示器接口的電路 圖 325 是使用 8155 作為 6 位 LED 數碼顯示器接口的電路，其中 8155 的 A口為輸出口（段控口），用以輸 出 8位顯示段碼（包括小數點）。考慮到 LED 顯示器的段電流為8mA 左右，不能用 8155 的 A 口直接驅動，因此要加 1級電流驅動。電流驅動即可以用反相的，也可以用相同的。反相電流驅動器經常使用 7406；同相電流驅動器則采用 7407或 74LS244。（注意：使用 OC 門 7406 或 7407 時要加上拉電阻） C口作為輸出口（位控口），以 PC0～ PC5 輸出位控信號。由于位控信號控制的是 LED顯示器的公共端，驅動電流較大， 8 段全亮時需要 40～ 60mA。因此必須在 C口與 LED 的位控線之間增加電流驅動器以提高驅動能力，常用的有 SN75452（反相）、 7406（反相）或 7407（同相）等。 鍵盤接口電路 對于 8751 或 8051 型單片機來說，如果不再外擴程序存儲器的話，則可以利用 P0～P2口中的任意兩個口構成多打 8*8 的鍵盤，其中 1 個作為輸出口， 1個作為輸入口，既可以采用掃描法，也可以采用線反轉法。 如果單片機本身的口線已被占用的話，則可以通過外擴 I/O 接口芯片來構成鍵盤借口電路，較常用的是 815 8255A 等接口芯片，圖 326 是采用 8155 接口芯片構成 2*6鍵盤的接口電路，其中 B口為輸入，作為行線； C 口為輸出，作為 列線。 東華理工大學長江學院畢業設計（論文） 系統硬件 24 圖 326 采用 8155 接口芯片構成 2*6 鍵盤的接口電路 在本次的畢業設計中我們的顯示與鍵盤的設計如圖 327。其中顯示器 5 個按鍵 10個。 圖 327 顯示與鍵盤的設計圖 顯示器可顯示通道、溫度、升降溫速率、恒溫時間這幾項功能。 10 個按鍵盤分別為 SET：恒溫設置鍵； SETUP：升溫速率設置鍵； SETDN；降溫速率設置鍵； SETTM：恒溫時設置鍵盤； CHN：通道選擇鍵； SUM：增一鍵； RL：右移鍵， ENTER：回車鍵盤； DTS：顯示鍵。 DAC7521 數模轉換接 口 數模轉換電路的主要任務是 :將模糊自整定 PID 控制器輸出的數字量轉換成可控硅過零觸發電路所需的模擬控制量。本系統采用的觸發芯片 TL494 的觸發電壓需調至 0～10V，移相范圍 0176。～ 170176。，故每度所需的移相電壓 ? ?mVVU P 7 010 ???? （ 33） 控制 176。所需移相電壓增量為 mV。這里采用 12 位 DAC7521 作為數模轉換器，其滿度輸出 10 V，輸出電流經運放 OP07 變成 電壓，分辨率為 ? ?mVVLS B 12 ?? （ 34） 每個量化單位可控制的移相角設為 x176。，則 176。 /176。 = x176。 /，即 ????? 8 （ 35） 可見控制器的控制平滑度和精度，都有較大的余量。 D/A轉換器的接口邏輯如圖 328所示。東華理工大學長江學院畢業設計（論文） 系統硬件 25 圖 328 數模轉換接口電路 DAC7521 從 8031 的 8 位數據線上獲取 12 位的數據必須分兩次進行。為了防止 D/A轉換書輸出會有“毛刺”現象，這里采用了兩級緩沖器結構。 即 8031 先把低 8位送入第一級緩沖器，然后再送高 4 位數據時，同時選通第二級的兩片 74LS373 構成的第一級緩沖器，使 12 位數據同時出現在 DAC7521 的數據輸出線上，進行 D/A 轉換。 D/A 輸出的電流經 OP07 反相后變為 0— 10V 的電壓信號。 隔離放大器的設計 電子電路抗干擾設計的有效方法是利用光電隔離。但是，由于光電隔離器件的電流傳輸 系數是非線性的，直接用來傳輸模擬量時，非線性失真較大、精度差，我們利用光電耦合器件與運算放大器結合設計一個線性度較好的模擬量光隔離放大器電路如圖329 所示。 圖 329 光電隔離放大器 其中， G1,G2是兩個性能、規格相同 (同一封裝 )的光電耦合器， G1,G2的初級串連，并用同一偏置電流 I1激勵，設 G1和 G2的電流傳輸系數分別為 a2和 a2，則 112 II ?? ， 123 II ?? （ 36） 則集成運放 A4具有理想性能，則 62 RIUUU i ??? ?? （ 37） 而輸出電壓 U0為東華理工大學長江學院畢業設計（論文） 系統硬件 26 ? ?為跟隨器5730 ARIU ? （ 38） 因此，電路的電壓增益 AV可由下式確定 627310VA RIRIUU ?? （ 39） 將式（ 34）和（ 35）代入上式，則 1627VA ?? RR? （ 310） 由于 G G2是同性能、同型號、同封裝的光電耦合器（ MOC8111） ,因此 G G2的電流傳輸系數 a1和 a2可看作是相等的，所以光耦合放大器的電壓增益為 67 RRAV ? （ 311） 由此可知，如圖所示的光耦放大器增益與 G1,G2的電流傳輸系數 a1和 a2無關。實際上是利用 G1,G2電流傳輸系數的對稱性補償了它們之間的非線性。運放 A5(uA741)接成跟隨器形式，以提高電路的負載能力。運放 A1連接反饋電容 C，用來消除電路的自激振蕩。由于光電耦合器初級、次級之間存在著延遲，使 G1和 G2組成的負反饋電路之間顯得遲緩，容易引起電路 C 自激振蕩，連接電容之后，保證了電路對瞬變信號的負反饋作用，提 高了電路的穩定性。電容 C 的容量可根據電路的頻率特性要求來確定，經實驗和實際應用，電路的非線性誤差小于 %較好地解決了模擬信號不共地傳輸的問題。 可控硅調功控溫 可控硅調功控溫具有不沖擊電網，對用電設備不產生干擾等優點，是一種應用廣泛的控溫方式。所謂調功控溫就是在給定周期內控制可控硅的導通時間，從而改變加熱功率，來實現溫度調節。設采取 (控制 )周期為 T,在 T 周期內工頻交流電的半周波數為 N，如全導通時額定加熱功率為 PH則實際的平均加熱功率 與 T 周期內實際導通的半周波數n成正比，即 NPnP H?__ （ 312） 過零觸發調功器的組成 目前，采用可控硅進行功率調節的觸發方式有兩種 :過零觸發、移相觸發。移相觸發方式調功實際上是控制可控硅的導通角，達到調節功率的目的，此方式易造成電磁干擾且電路復雜。據文獻專門介紹 :采用移相觸發的可控硅交流調功裝置，往往在可控硅導通的瞬間使電網電壓出現畸變，當控制角為 90176。時，產生的三次諧波電流為基波電流的 50%五次諧波 也可達基波的 1/6。這些諧波分量引起電網電壓波形畸變，功率因數下降，給其它用電設備和通訊系統的工作帶來不良影響。為此，人們研究了各種避免電壓瞬時大幅度下降和抑制高次諧波的方法，過零觸發方式很好地解決了此類問題，它可把可控硅導通的起始點限制在電源電壓過零點，從而大大降低了諧波分量。然而，傳統的可控硅過零觸發調功器由同步脈沖產生電路、檢零電路、隔離電路組成，結構復雜，降低了可靠性，而且采用分立元件，器件的離散性和溫漂嚴重影響調功器控制精度及使用東華理工大學長江學院畢業設計（論文） 系統硬件 27 壽命。 實現可控硅調功控溫需解決 3個技術關鍵 :①獲取工頻交流電源的 過零觸發脈沖，作為觸發雙向可控硅的同步脈沖 :②將控制算法得到的控制量變為可控硅在周期內的導通時間 :③隔離工頻交流電源強電對單片機系