温度控制系统文档格式.docx

1、1.炉温变化规律的控制，即炉温按预定的温度一一时间关系变化。2.温度控制范围：如01000C,这就涉及到测温元件、电炉功率的选择等。3.控制精度、超调量等指标，这涉及到 A/D转换精度、控制规律选择等。温控系统主要由温度传感器、温度调节仪、执行装置、被控对象四个部分组 成，其系统结构图如图1所示。被控制对象是大容量、大惯性的电热炉温度对象， 是典型的多阶容积迟后特性，在工程上往往近似为包含有纯滞后的二阶容积迟 后；由于被控对象电容量大，通常采用可控硅作调节器的执行器， 其具体的电路 图如图2所示。调节加热炉的温度，在工业上是通过在设定周期范围内， 将电路接通几个周 波，然后断开几个周波，改变晶

2、闸管在设定周期内通断时间的比例， 来调节负载两端交流平均电压即负载功率，这就是通常所说的调功器或周波控制器； 调功器 是在电源电压过零时触发晶闸管导通的，所以负载上得到的是完整的正弦波，调 节的只是设定周期Tc内导通的电压周波。如图3所示，设周期Tc内导通的周期 的波数为n,每个周波的周期为T,则调功器的输出功率为P=nxTX Pn/Tc, Pn为 设定周期Tc内电压全通过时装置的输出功率。第三章 硬件的设计3.1 温度检测和变送器温度检测元件和变送器的类型选择与被控温度的范围和精度等级有关。锐铭 /锐铝热电偶适用于0C-1000C的温度检测范围，相应输出电压为 0mV-41.32mV 变送器

3、由毫伏变送器和电流/电压变送器组成：毫伏变送器用于把热电偶输出的0mV-41.32m咬换成4mA-20mA勺电流；电流/电压变送器用于把毫伏变送 器输出的4mA-20m旭流变换成0-5V的电压。为了提高测量精度，变送器可以进行零点迁移。若温度测量范围 为500C-1000 C，则热电偶输出为20.6mV-41.32mV毫伏变送器零点迁移后输 出4mA-20m脸围电流。这样，采用8位A/D转换器就可使量化温度达到1.96 C 以内。其在控制系统的作用如下图所示：热处理炉图1:温度检测电路3.2温度控制电路8051对温度的控制是通过双向可控硅实现的。 如图一所示，双向可控硅管和 加热丝申接在交流2

4、20U 50H龙电回路。在给定周期T内，8051只要改变可控硅 管的接通时间即可改变加热丝的功率，以达到调节温度的目的。可控硅接通时间可以通过可控硅控制极上触发脉冲控制。 该触发脉冲由8051用软件在P2.1引脚上产生，在过零同步脉冲同步后经光电耦合管和驱动器输 出送到可控硅的控控制系统的制极上。调温电路+5 V3.3A/D转换电路ADC080丸一种比较典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，CMOS：艺, 可实现8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道地 址锁存用译码电路，其转换时间为100 s左右，采用双排28引脚封装，其主 要性能指标如下：1、 分辨率为8位二进制数

5、；2、 电压范围在0+5V,对应A/ D值00HFFH;3、 每路A/ D转换完成时间10 0ms;4、 可分时进行8路A/ D转换；5、 工作频率50 0KHz （本电路由8051 ALE端输出经4分频后 得到）。引脚功能如下：I N0I N7 : 8路0+5 V模拟电压输入（用IN 0端）；DB7DB0 : 8位数字输出线，输出8位A/ D转换值；STAST:启动A/ D转换端；EOC: A/D转换完成端；OE:允许数字量输出信号；CLOCK:时钟 500 KHz;ADD A、B、C: I N0IN 7地址选择线；ALE:地址锁存允许输入信号。A/ D转换器08 09与放大电路连接较简单，

6、运放接成比例放大 形式，放大倍数可调，总体A/ D转换与8051接口电路如下：3.4报警电路报警电路的作用主要是在温度超过规定的温度或低丁下限温度或达到预定温度时，报警子程序就会控制报警信号的输出， 温度低与或高丁规定的温度范围以及达到规定的温度时，音频装置就会发出不同频率的告警信号，同时相应的 LED显示，到底是高了还是低了，以便与自动调节。报警电路如下图: NTi图1：报警电路3.5看门狗电路计算机看门狗控制卡是为了使计算机或工控机在系统出现异 常时，能自动控制计算机进行重新启动，使系统恢复正常运行， 保证系统24小时不问断正常工作。该控制卡可运用丁无人职守 的场所。像采用计算机作为存储设

7、备的数字硬盘录像系统，公路 卡口监控记录设备等。特点：可固定在计算机内部并且不占用计算机任何插槽。借电方便，可利用计算机本身的软驱电源接口。通过计算机并口或者申口跟计算机通讯。计算机操作系统发生死机后，30秒（时间可设置）内控制卡 控制计算机重新启动。控制卡内有信号灯，在正常工作时有频率稳定持续的灯光闪 动。提供开发控件，可启动看门狗功能、停止看门狗功能、设置 申口还是并口。有两种型号的控制卡，有自带RS232转485的功能的控制卡。现以MAX70毗控电路为例（见图1）来说明“看门狗”硬件电路的工作过 程，我们知道,MAX70如一种性能优良的低功耗 CMOSS控电路芯片，其内部电路由上电复位、

8、可重触发“看门狗”定时器及电压比较器等组成 2。MAX70职要在1.6秒时间内检测到WCI引脚有高低电平跳变信号，则“看门狗”定时器活 零并重新开始计时；若超出1.6秒后，WCI引脚仍无高低电平跳变信号，则“看 门狗”定时器溢出，WDOI脚输出低电平,进而触发M町动复位引脚，使MAC706 复位，从而使“看门狗”定时器活零并重新开始计时，WDOI脚输出高电平，MAX706 的RST复位输出引脚输出大约200毫秒宽度的低电平脉冲，使单片机控制系统可 靠复位，重新投入正常运行。看门狗电路3.6显示电路单片机与显示器的接口电路图图MC1449时部逻辑结构及引脚图用MC14495&成多位LED静态显示

9、器接口程序:DIR: SETB RS0;保护第0组工作寄存器保护现场显示位数计数PUSH AMOV R2, #03HMOV R1, #00H设位码初值，初态从LED7开始MOV R0, #DIS7显小缓冲区末地址送R0DIR0: MOV A, RO取待显示的数据AND A, #07H屏蔽高3位，保留低4位BCDKMOV R3, A暂存R3中MOV A, R1位选码值送ASWAP A位码交换到局4位ADD A, R3合并形成输出的BCCB和位选码MOV P1,A输出到P1 口INC R1位码加1指向下一位DJNZ R2, DIR08个位未显小完重复CLR RS0POP A显小完恢复第0组工作寄存

10、器RET3.7 电源电路返回主程序本模块将交流220V输入电压变为3组直流电压，其中5V电压为CPl数字电 路提供电源； 15V电压为运放等模拟芯片提供电源；24V电压为温度变送器提 供电源。220v市电经变压器输出两组独立的25v交流，桥堆整流，大电容滤波得到 + 35v直流，再加一个0.1uF小电容滤出电源中的高频分量。考虑到制作过程中 电源空载似的电容放电可在输出电容并上 1k大功率电阻。另外这组直流还要给 7812、7912来获得+ 12v。 电源模块如下图： 5V直流稳压源电路图2: + 12V/24V直流稳压源的原理电路第四章软件的设计4.1软件实现方法根据热处理炉在上电复位后先处

11、于停止加热状态， 这时可以用“+1”键设定预置温度，显示器显示预定温度；温度设定好后就可以按启动键启动系统工作了。 温度检测系统不断定时检测当前温度， 并送往显示器显示，达到预定值后停止加 热并显示当前温度；当温度下降到下限（比预定值低 3C）时再启动加热。这样不断重复上述过程，使温度保持在预定温度范围之内。启动后不能再修改预置温 度，必须按复位/停止键回到停止加热状态再重新设定预置温度。炉温控制是这样一个反馈调节过程， 比较实际炉温和需要炉温得到偏差，通 过对偏差的处理获得控制信号，去调节电阻炉的热功率，从而实现对炉温的控制。 按照偏差的比例、积分和微分产生控制作用（PID控制），是过程控制

12、中应用最 广泛的一种控制形式。系统控制程序采用两重中断嵌套方式设计。 首先使T0计数器产生定时中断, 作为本系统的采样周期。在中断服务程序中启动 A/D,读入采样数据，进行数字 滤波、上下限报警处理，PID计算，然后输出控制脉冲信号。脉冲宽度由 T1计 数器溢出中断决定。在等待T1中断时，将本次采样值转换成对应的温度值放入 显示缓冲区，然后调用显示子程序。从T1中断返回后，再从T0中断返回主程序 并且、继续显示本次采样温度，等待下次 T0中断。1） 二位式调节-它只有开、关两种状态，当炉温低于限给定值时执行器全开； 当炉温高于给定值时执行器全闭。（执行器一般选用接触器）2） 三位式调节-它有上

13、下限两个给定值，当炉温低于下限给定值时招待器 全开；当炉温在上、下限给定值之间时执行器部分开启； 当炉温超过上限给定值 时执行器全闭。3） 比例调节（P调节）-调节器的输出信号（皿和偏差输入（e）成比例。 即：M=ke式中：K-比例系数比例调节器的输入、输出量之间任何时刻都存在-对应的比例关系，因此炉 温变化经比例调节达到平衡时，炉温不能加复到给定值时的偏差-称“静差”4） 比例积分（PI）调节-为了 “静差”，在比例调节中添加积分（I ）调节积分，调节是指调节器的输出信号与偏差存在随时间的增长而增强， 直到偏差消除才无输出信号，故能消除“静差”比例调节和积分调节的组合称为比例积分调 节.5）

14、 比例积分微分（PID）调节-比例积分调节会使调节过程增长， 温度的波动幅值增大，为此再引入微分（D）调节。微分调节是指调节器的输出与偏差对 时间的微分成比例，微分调节器在温度有变化“苗头”时就有调节信号输出，变 化速度越快、输出信号越强，故能加快调节速度，降低温度波动幅度，比例调节、 积分调节和微分调节的组合称为比例积分微分调节。 （一般采用晶闸管调节器为执行器）。根据生产现场的运行情况，这种控温方法，精度比较高，系统性能稳定，满 足生产的实际需要。主要设备：热电偶或热电阻，智能PID温控仪，可控硅触发调 功器等。4.2总体程序流程图温度控制程序的设计应考虑如下：1）键盘扫描、键码识别和温度

15、显示；2） 炉温采样、数字滤波；3）数据处理；4）越限报警和处理；5） PID计算、温度 标度转换4.2.1主程序框图主程序包括8051本身的初始化等等。大体说来，本程序包括设置有关标志、 暂存单元和显示缓冲区活零、T0初始化、CPLW中断、温度显示和键盘扫描程序主程序在主程序中首先给定PID算法的参数值，然后通过循环显示当前温度，并且设定 键盘外部中断为最高优先级，以便能实时响应键盘处理；软件设定定时器T0为5 秒定时,在无键盘响应时每隔5秒响应一次,以用来采集经过A/ D转换的温度信 号；设定定时器T1为嵌套在T0之中的定时中断，初值由PID算法子程序提供。在 主程序中必须分配好每一部分子

16、程序的起始地址，形式如下：ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP INTO ORG 000BH AJMP TT0 ORG 001BH AJMP TT14.2.2中断服务程序框图T0中断服务程序是温度控制系统的主体程序，用于启动数 /模转换器、读入采样数据、数字滤波、越限温度报警和越限处理、 PID计算和输出可控硅的触发脉冲等。P1.3引脚上输出的该同步触发脉冲宽度由 T1计数器的溢出中断控制，8051利用等待T1溢出中断的空闲时间（形成 P1.3输出脉冲顶宽）完成把本次 采样值转换成显示值而放入显示单元缓冲区和调用温度显示程序。 8051从T1中断服务程序返回后即

17、可恢复现场和返回主程序。系统软件采用中断方式编程，主要部分是时钟中断程序，主要由输入处理程序、控制算法程序、显示处理、输出处理和自诊断程序等组成，其流程图如图2所示。 仪表通电启动后，初始化程序进行时间给定，每隔500ms时钟中断一次，中断后 进入时钟中断处理。对于纯滞后，大惯性环节控制对象，一般采用积分分离 PID控制算法。在一般的PID控制中，当系统有较大的扰动或设定值较大幅度提降时， 由于偏差较大及系统存在惯性和滞后, 在积分项的作用下，会产生较大的超调和 长时间波动，在温度缓慢变化过程中这一现象尤为严重，为此采用积分分离措施， 即在偏差较大时，取消积分作用，偏差较小时，才将积分作用投入

18、。中断服务程序框图4.3程序清单4.3.1报警电路子程序1.子程序框图2.报警子程序：FLAG BIT 00HORG 00HSTART: JB P1.7,STARTJNB FLAG,NEXTMOV R2,#200DV: CPL P2.2LCALL DELY500DJNZ R2,DVCPL FLAGNEXT: MOV R2,#200DV1: CPL P1.0DJNZ R2,DV1SJMP STARTDELY500: MOV R7,#250LOOP: NOPDJNZ R7,LOOPRET END4.3.2 键盘显示管理程序。为了使8279具有合适的键盘、显示功能，首先要对芯片初始化。可适 当地挑选

19、8279的控制字，例如：使8279具有8位显示、右端输入、编码键盘、 双键锁定时可选控制字 10H.这时每次按键都将产生键特征码，并且存放在FIFORO附，同时使8279的IRQ引脚变为高电平，可作为向CPU申请中断信号， 如果CP昵中断开放的，则转向中断服务程序，可在中断服务程序中读取特征码。 每当CPU卖取FIFORO时的数据后，8279自动撤消IRQ信号，IRQ引脚变为低电 平。CPU回主程序后，可由键特征码来决定程序的流向。I可题是，当CPU 8279 的FIFORO时读取键特征码后，IRQ虽然恢复底电平，但FIFORO时的数据并没 有消失，仍保存在里面，这时即使使用对改 8279清除

20、的指令D3H也不能将FIFORO附的数改变，只有按其它键才能改变 FIFORO时的数据，因这样是无法 实现按钮功能的。为了使键盘具有按钮功能，应该利用 8279的传感方式功能，在传感器方式 中，8279每当检测到传感状态变化时，IRQ就变为高电平，图1是以8051CPU 构成的系统为例，说明IRQ引脚电平的翻新过程。8279的IRQ端经反相器接到8051的INT1端（即P3.3引脚）。先将8279 设置成编码键盘，允许INT1中断，当键按下时，反相器输出低电平， CPU!入中断服务程序，读取键特征码后，乂为高电平。返回主程序后，转向功能程序（例 如调模进）。输出控制信号（例如 P1.0为“1”

21、时调模进电磁阀得电）后，将 8279设置为传感器方式，并且不允许INT1中断，然后调试P3.3是否为低电平。 如果按键松开，8279将测出传感器状态发生变化，而使IRQ由低电平转为高电 平。也就是说P3.3脚为低电平时，按键已经松开，程序重新设置8279为编码键 盘，INT1中断开放，以便使键盘脱离按钮功能。程序活单如下:ORG 0000HM0VX DPTR,AMOVX DPTR, AMOV A , #22HMOVX DPTR , A ; 设定8279分频系数MOVX A , DPTRJB ACC.7 , LOOP ; 显示RAM青除完毕吗？MOV A , 80H ; 指向第一位数码管MOVX

22、 DPTR , AMOV A , 9FH ; 输出1 一个字形MOV DPTR ,#7000HINC DPTR LOOP1:M0VX A , DPTRAND A , #07HCJNE A , #00H,L00P2AJMP LOOP1 ; 无键按下转LOOP2:MOVX A , DPTR; 有键按下将键值送累加器 A键值，由8279的行扫描信号（SL0-SL3）与列信号（RL0-RL4）组成，不同组合 的矩阵将得到不同键，但在同一矩阵中不会有相同的键值，这对初学者编制键显示程序大为方便.下 表是通用键盘板键值：名称 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 键值 C1 C8 C9 D0 D8 E0

23、 C2 CA D1 D9名称状态切换活除键值DA C34.3.2.1判定有无闭合键的子程序：KSI :MOVDPTR, #0FDF9HA 口地址A, #00HMOVXDPTR, AA 口送00HINCDPTRC口地址A, DPTR读C 口CPLAANLA, #0FH屏蔽局四位判定有无闭合键的子程序为 KSI，供在键盘扫描程序中调 用。程序如下:4.3.2.2键盘扫描程序如前所述，在单片机应用系统中常常是键盘和显示器同时存在， 因此可以把 键盘扫描程序和显示程序配合起来使用， 即：把显示程序作为键扫描程序的延时 子程序。这样做既省去了一个专门的延时子程序， 乂能保证显示器常亮的可观效 果。假定本

24、系统中显示程序为DIR,执行时间约为6ms键盘扫描程序如下:检查是否有键闭合A非“0”则转移显示一次（“延时6s）无键闭合，延时6ms后转KEY1KEY1 : ACALL KSI;JNZ LK1 ; ACALL DIR; AJMP KEY1 LK1:ACALL DIR;ACALL KSI ；JNZ LK2 ； ACALL DIR AJMP KEY;有键闭合二次延时共12ms去抖动再检查是否有键闭合有键闭合转移到LK2LK2:LK4:LONELTWOMOV MOVR , #0FEHR , #00DPTR , #010刑A , R扫描初值送R2 扫描歹0号送R4扫描初值送A 口LTHRLKRLK3

25、:NEXTMOVX DPTR A; INC DPTR INC DPTR;MOVX A DPTR JB ACC.0 , LONE MOV A, #00H;AJMP LKPJB ACC.1 LTWO MOV A, #08H; AJM PLKPJB ACC.2 , LTHR ACC.2=1 第 2 行无键闭合，转 LTHR MOV A#10H口地址ACC.0=1,第0行无键闭合，转LONE装第0行值ACC.1=1,第1行无键闭合，转LTWO装第1行值JB ACC.3 , NEXT ACC.3=1 第 3 行无键闭合，转 NEXT MOV A, #18H;ADD A , R;PUSH ACCACALL

26、 DIR ;ACALL KSI;JNZ LK3POP ACCINC R ；MOV A, RJNB ACC.7, KND若第7位=0,已扫完最高列则转 KNDRL A装第3行值计算键码保护键码延时6ms检查是否继续闭合，若闭合再延时若键起，则键码送A扫描歹0号加1MOV R, A AJMP LK4; KND AJMP KEY1 ;进行下一行扫描扫描完毕，开始新一轮4.3.3 A/D 转换程序（1）A/D转换子程序。SETB EA ;SETB IT1 ；MOV DPTR #0BFFFHMOV A, #00H;开中断外中断1定义为跳变触发送ADC0809R地址选通IN0通道MOVX DPTR,A ;启动A/D转换开外中断1DPHDPLDPTR #0BFFFHA , DPTR ; 读A/D转换结果60H , A ; 送入内部A , #00耳 再次启动IN0通道DPTR,ADPL ; 恢复现场PSWNOPSETB EX1;（2） A/D转换结束中断程序。ADINT1: PUSH PSW ;PUSHRAM60阡M