单片机实现电阻炉温度的控制接口电路设计.docVIP

摘 要 本文用8031单片机实现电阻炉温度的控制，重点介绍接口电路的设计。电阻炉是一类使用非常广泛的工业设备，利用单片机实现温度的实时控制，对提高劳动生产率和产品质量，节约能源都有着积极意义。 本控制系统是对水加热的控制过程，工作时水的温度由数字温度计和精密放大器放大至0~5v电压信号，由ADC0809转换成单片机所能接受的数字信号，此信号与温度的给定值比较得到温度偏差，通过PID控制算法运算得到控制量，此控制量通过对可控硅触发角的控制，来调节加在电阻炉上的电压的通断时间以达到控温的目的。 系统的给定值等参数可由键盘输入，并可以随时修改，给定温度和PID的参数可显示在LED上。 关键词： 单片机；电阻炉；控制; 接口电路 目 录 第一章 概 述 3 1.1 题目来源及意义 3 1.2 电阻炉温度控制系统的结构工作原理 3 第二章 电阻炉温度控制系统的硬件设计 6 2.1硬件电路设计原则 6 2.2单片机的选择 6 2.2.1 8031芯片介绍 7 2.2.2 8031的引脚介绍 7 2.3 单片机程序存储器的扩展 9 2.3.1 地址译码器的选择 9 2.3.2 程序存储器的设计 9 2.4 温度检测接口电路设计 10 2.4.1 数字温度计的选择 10 2.4.2 AD转换器的接口电路设计 12 2.5键盘、显示器接口电路 15 2.5.1 显示器接口电路 15 2.5.2 键盘接口电路 17 2.6报警接口电路 18 2.7 电阻炉温度控制执行机构的设计 19 第三章 温度控制算法 21 3.1 温度控制算法 21 3.2 采样周期T的确定 24 第四章 软件设计 25 4.1接口软件设计 25 4.2 PID程序设计 26 第五章 结 论 33  第一章 概 述 1.1 题目来源及意义 热处理设备是实现热处理工艺的基础和保证，直接关系到热处理技术水平的高低和工件质量的好坏。对热处理技术的基本要求是：先进、可靠、经济、 安全，能满足热处理工艺的要求，并保证工艺的稳定和再现性，节省能源，保护环境，改善劳动环境，降低生产成本，提高机械化和自动化水平。 在工业领域，如冶金、 机械、 建材及化工等部门，都有大量使用各种炉窑，如用于热处理的加热炉，用于熔化的坩埚炉等。炉窑运行时，温度是需要测控的最基本参数。不同的炉窑，加热方法与所用燃料有所差异，但被控对象都可归于有纯滞后的一阶惯性环节。温度以往多采用归仪表加接触器的断续控制，存在不少固有的缺点。为了提高产品质量与数量，节约能源，改善劳动环境，并且随着科学技术的发展，上述对设备对温度控制要求越来越高，除要求有较高的控制精度外，还要求能对温度的上升速度及下降速度进行控制，显然应用常规仪表方法难以满足这些要求。然而，随着电子技术的发展，特别是单片机计算机的出现，对上述被控制对象采用功能强、体积小、价格低的智能化温度控制装置进行控制成为现实。本文将介绍用单片机对热水电阻炉进行温度控制的过程。 1.2 电阻炉温度控制系统的结构工作原理 系统原理图如图1.1所示。 整个系统由四部分组成，即：8031单片机系统；温度检测通道；输出控制通道及报警显示系统。工作时，温度由集成温度传感器AD590转换成电流信号，经运放放大至0-5v的电压信号，由ADC0809转换成单片机所能接受的数字信号，此信号与温度的给定值比较得到温度的偏差，通过PID控制器运算，此控制量经可控硅控制加在电阻炉上的电压的通断时间，以达到控温目的。 系统的给定值、PID参数由键盘输入，并可以随时修改，给温度和采样温度同时显示在LED上。 图1.1 电阻炉温度控制系统原理框图 一、输入通道 a、温度检测及放大 在温度控制系统中，温度检测及放大任务通常用温度变送器来完成。为了降 低成本，简化结构，本系统采用了 OP07型温度变送器的输入回路部份，这输入回路是一平衡电桥，它与AD590热电偶配合使用，实现温度零点迁移。不平衡电桥的输出信号经精密放大器放大到A/D转换所需标准信号，根据热电偶分度号和量程的不同，可选择和调整放大器的反馈电阻以改变放大倍数，从而实现了温度标准信号的转换。 B、A/D转换 A/D转换功能由AD0809完成，它是一种逐次逼近式8路模拟输入、 8位数字量输出的A/D转换器。在这里我们将接到8031的转换结束信号OEC经一个与非门接8031的INT0 ，置外部中断为边沿触发方式，这样，每次A/D转换结素时都将结果送入数据存贮区。 由于炉温度化缓慢，输入通道中没有设置采样保持器。 二、 输出通道 执行机构采用可控硅控制