電爐溫度設(shè)計(jì)報(bào)告論文.docxVIP

g電爐溫度控制器設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí) 電子信息科學(xué)與技術(shù)1班 學(xué)生學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院 隊(duì)長(zhǎng)姓名 陳澤亮 隊(duì)員姓名 陳新盛 陳水生 指導(dǎo)教師 教師評(píng)分 2014年5月14日星期三摘要電阻爐是利用電流使?fàn)t內(nèi)的電熱元件或者電熱介質(zhì)發(fā)熱從而達(dá)到對(duì)物料或者工件加熱的一種電爐，其溫度是一個(gè)具有時(shí)變性、非線性、純滯后和大慣性的被控量，隨著工業(yè)的發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)于溫度控制的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的模擬開(kāi)關(guān)控制已經(jīng)達(dá)不到要求。低精度、低穩(wěn)定性、自動(dòng)化水平低的產(chǎn)品也將逐漸被淘汰。溫度是最基本的物理量之一。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)對(duì)產(chǎn)品的性能提出了更高的要求，而熱處理是提高產(chǎn)品性能的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，所以研究電阻爐的溫度測(cè)量與控制具有很大的現(xiàn)實(shí)意義和使用價(jià)值。本文設(shè)計(jì)了一種基于51單片機(jī)的電阻爐智能溫度控制器。該控制器硬件電路采用51單片機(jī)、k 型熱電偶模數(shù)轉(zhuǎn)換器max6675 以及固態(tài)繼電器等主要元器件，軟件編程采用c 語(yǔ)言，編譯工具是keil uvision4 arm系統(tǒng)軟件編譯器，能夠?qū)崿F(xiàn)01023.75的測(cè)量顯示以及控制調(diào)節(jié)。在本設(shè)計(jì)中，采用k 型熱電偶作為感溫元件，檢測(cè)電阻爐的溫度并輸出毫伏級(jí)的模擬電壓信號(hào)，將該信號(hào)送給k 型熱電偶模數(shù)轉(zhuǎn)換器max6675 進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償、放大、線性化、數(shù)字化處理，得到電阻爐溫度的數(shù)字化形式，送入51單片機(jī)中進(jìn)行分析處理， 在控制執(zhí)行電路中采用0906hk型號(hào)的固態(tài)繼電器ssr，以過(guò)零觸發(fā)的方式控制電阻爐主回路的導(dǎo)通或者斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電阻爐溫度的控制調(diào)節(jié)。由于本設(shè)計(jì)采用高集成高性能的數(shù)字型測(cè)溫調(diào)理元件max6675，其內(nèi)部集成的針對(duì)k型熱電偶測(cè)量信號(hào)的放大電路、冷端溫度補(bǔ)償電路、線性化電路和數(shù)字化電路，使得控制系統(tǒng)的測(cè)溫電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單而且測(cè)量準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)，并且控制執(zhí)行電路的執(zhí)行元件采用固態(tài)繼電器能夠無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)火花的接通和斷開(kāi)加熱電路，開(kāi)關(guān)速度快，提高了控制的性能和精度。關(guān)鍵詞：電阻爐；51單片機(jī)；溫度控制器；ssr 固態(tài)繼電器；k型熱電偶引 言電阻爐是利用電流使?fàn)t內(nèi)電熱元件或者加熱介質(zhì)升溫發(fā)熱，從而對(duì)爐腔內(nèi)的工件或者物料加熱的一種電爐，它被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域和高校的教學(xué)實(shí)驗(yàn)中。例如，在機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中電阻爐用于鍛壓前金屬加熱、金屬熱處理加熱，在化工工業(yè)生產(chǎn)中電阻爐用于化學(xué)物料的加熱，鋼鐵冶金和食品加工行業(yè)也需要各種各樣的加熱電爐進(jìn)行加熱處理，在高校實(shí)驗(yàn)室中有專門的實(shí)驗(yàn)室電阻爐以滿足試驗(yàn)的需求。電阻爐具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加熱質(zhì)量好、無(wú)煙無(wú)塵、無(wú)噪聲干擾的特點(diǎn)，因而電阻爐在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中具有舉足輕重的作用。與電阻爐的應(yīng)用和發(fā)展緊緊相連的實(shí)電阻爐溫度的控制，電阻爐溫度控制決定著電阻爐所起的作用，電阻爐的使用需要配以與其相適應(yīng)的溫度控制器，只有滿足要求的電阻爐溫度控制器才能使電阻爐實(shí)現(xiàn)合理加熱的目的。溫度是國(guó)際單位制中最重要的七個(gè)基本物理量之一，是生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)試驗(yàn)確定物質(zhì)狀態(tài)的一個(gè)普遍而重要的物理參數(shù)，溫度參數(shù)的測(cè)量與控制在國(guó)防、軍事、科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中都具有舉足輕重的作用。溫度參數(shù)的測(cè)控技術(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)安全、節(jié)約能源等重大經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)密切相連。因此，各個(gè)領(lǐng)域?qū)囟葴y(cè)量控制的精度、可靠性、穩(wěn)定性等性能提出了更高的要求，能不能將溫度控制在所需要的范圍內(nèi)關(guān)系到整個(gè)項(xiàng)目的成功與失敗。然而隨著工業(yè)的發(fā)展以及各行各業(yè)對(duì)于溫度控制越來(lái)越高的要求，傳統(tǒng)的人工控制和模擬開(kāi)關(guān)控制已經(jīng)達(dá)不到要求，低精度、低穩(wěn)定性、自動(dòng)化水平低的產(chǎn)品也將逐漸被淘汰。基于以上情況，本文以8位的51單片機(jī)為控制核心,研制一種電阻爐溫度控制器。該設(shè)計(jì)在熱電偶溫度測(cè)量調(diào)理電路中采用高集成的數(shù)字化芯片stc89c52，能將k 型熱電偶測(cè)量輸出的微弱電壓信號(hào)做冷端補(bǔ)償、放大、線性化及數(shù)字化處理，直接輸出可以供單片機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)；在控制執(zhí)行電路中采用固態(tài)繼電器作為執(zhí)行元件，可以快速的實(shí)現(xiàn)無(wú)觸點(diǎn)無(wú)火花的接通或斷開(kāi)加熱電路；在軟件設(shè)計(jì)中，通過(guò)過(guò)零觸發(fā)的方式控制固態(tài)繼電器的通斷，進(jìn)而控制電阻爐回路在一個(gè)確定周期內(nèi)通過(guò)的電壓波形的周波數(shù)，實(shí)現(xiàn)pwm調(diào)功，達(dá)到調(diào)節(jié)電阻爐溫度的目的。一、 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及可行性分析1、從電阻爐溫度控制器的發(fā)展歷程來(lái)看，電阻爐溫度控制技術(shù)大致可分以下幾種： 第一種定值開(kāi)關(guān)控溫法，所謂定值開(kāi)關(guān)控溫法就是通過(guò)硬件電路或者軟件計(jì)算判斷當(dāng)前溫度值與設(shè)定目標(biāo)溫度值之間的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)電阻爐加熱源（或者冷卻裝置）采取接通或者斷開(kāi)控制。如果當(dāng)前溫度值比預(yù)期設(shè)定溫度值高，那么斷開(kāi)電阻爐加熱電源，或者開(kāi)啟制冷裝置；如果當(dāng)前溫度值比預(yù)期設(shè)定溫度值低，那么開(kāi)啟電阻爐加熱電源并同時(shí)斷開(kāi)制冷裝置。這是一種比較簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)控溫方法，在沒(méi)有計(jì)算機(jī)設(shè)備的情況下，采用簡(jiǎn)單的模擬電路就可以實(shí)現(xiàn)。目前，在我國(guó)一些工廠中仍然在使用采用這種控制方法研制的電阻爐溫度控制器。由于這種控制方法是當(dāng)電阻爐溫度上升至預(yù)期設(shè)定值時(shí)關(guān)斷電源，當(dāng)電阻爐溫度下降至預(yù)期設(shè)定點(diǎn)時(shí)開(kāi)通電源，因此對(duì)溫度變化過(guò)程的滯后性無(wú)能為力，導(dǎo)致電阻爐溫度波動(dòng)范圍較大，控制精度較低，完全不適用于高精度復(fù)雜的電阻爐溫度控制系統(tǒng)。第二種pid 線性控溫法，這是一種基于經(jīng)典控制理論中調(diào)節(jié)器的控制原理的控溫方法。pid 控制原理是最較早發(fā)展起來(lái)的一種控制技術(shù)之一，該控制技術(shù)主要與設(shè)定值與測(cè)量值的偏差有關(guān)，將偏差的比例(p)、積分(i)、微分(d)以線形組合的方式構(gòu)成控制量，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控制。在常規(guī)pid 的實(shí)際應(yīng)用中，操作人員往往根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀況以及調(diào)試經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人工設(shè)定p、i、d 三個(gè)參數(shù)，通過(guò)調(diào)試或者實(shí)驗(yàn)的方式改變p、i、d 三個(gè)參數(shù)以改變控制性能。因?yàn)閜id 控制算法具有簡(jiǎn)單、魯棒性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，相比于定值開(kāi)關(guān)控溫法比較優(yōu)越，在早期工業(yè)生產(chǎn)的溫度過(guò)程控制中的應(yīng)用比較廣泛，特別是對(duì)于可以確立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)，pid 控制就顯得更加優(yōu)越。由于在pid 調(diào)節(jié)器模型中考慮了系統(tǒng)的誤差、誤差變化及誤差積累三個(gè)因素，因此，其控制性能大大地優(yōu)越于定值開(kāi)關(guān)控溫法。在實(shí)際的應(yīng)用中，可以采用模擬電路或者計(jì)算機(jī)軟件的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)pid 調(diào)節(jié)的功能，前者稱之為模擬型pid 調(diào)節(jié)器，后者稱之為數(shù)字型pid 調(diào)節(jié)器。其中數(shù)字型pid 調(diào)節(jié)器的參數(shù)在現(xiàn)場(chǎng)就可以進(jìn)行在線整定，因此具有很大的靈活性，可以獲得良好的控制效果。采用這種方式研制的溫度控制器，其控制效果的好壞主要依賴于三個(gè) p、i、d 參數(shù)（即比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)），只要p、i、d 三個(gè)參數(shù)選取的合適，對(duì)于一個(gè)確定的被控對(duì)象來(lái)說(shuō)，其控制效果也會(huì)比較令人滿意。但是，它的不足之處也正在于此，當(dāng)被控對(duì)象的特性一旦發(fā)生改變，三個(gè)控制參數(shù)也必須相應(yīng)地隨著改變，否則其控制效果就難以得到保證。第三種智能溫度控制法，雖然pid 線性控溫法簡(jiǎn)單可靠、魯棒性也很好，但是仍然具有一定的缺點(diǎn)，為了克服這些缺點(diǎn)，提高pid 線性控溫法的性能，關(guān)于pid 參數(shù)的整定，人們相繼提出了一系列自動(dòng)調(diào)整的方法，例如自學(xué)習(xí)pid 參數(shù)法和自整定pid參數(shù)法等，并通過(guò)將pid 線性控制與智能控制相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了溫度的智能控制。智能控溫法以神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)理論、模糊數(shù)學(xué)理論為理論基礎(chǔ)，有時(shí)結(jié)合專家系統(tǒng)的理論知識(shí)實(shí)現(xiàn)智能化的溫度控制。其中模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及專家系統(tǒng)等智能控制理論的應(yīng)用較多。2、本設(shè)計(jì)以實(shí)驗(yàn)室的管式電阻爐為控制對(duì)象，要實(shí)現(xiàn)對(duì)該電阻爐溫度的控制，智能溫度控制器應(yīng)該具備以下幾項(xiàng)基本的功能：1. 溫度測(cè)量。2. 溫度實(shí)時(shí)顯示。3. 預(yù)定溫度設(shè)置。4. 溫度控制執(zhí)行。5. 異常報(bào)警。此外，要求具有較高的靈敏度、較高的精確度、較高的穩(wěn)定性來(lái)滿足對(duì)溫度控制的要求?；谝陨闲枰獙?shí)現(xiàn)的功能和要求，本文設(shè)計(jì)的智能型的電阻爐智能溫度控制器采用慧凈公司生產(chǎn)的51單片機(jī)作為中央控制單元；以max6675 k 型熱電偶轉(zhuǎn)換芯片為溫度測(cè)量調(diào)理電路的核心，組成前端檢測(cè)調(diào)理電路；采用改進(jìn)型的pid 算法實(shí)現(xiàn)電阻爐溫度控制，控制執(zhí)行電路采用固態(tài)繼電器。（由于知識(shí)有限，pid算法使用的很少）其硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示:硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框圖可知溫度控制器主要包括四個(gè)部分：主控模塊、人機(jī)接口、溫度測(cè)量模塊以及執(zhí)行模塊。溫度控制器在正常工作的時(shí)候，首先由溫度測(cè)量模塊的熱電偶傳感器檢測(cè)被控對(duì)象電阻爐的當(dāng)前溫度，將熱電偶溫度傳感器輸出的毫伏級(jí)模擬電壓信號(hào)在信號(hào)調(diào)理電路中作放大、冷端溫度補(bǔ)償、線性化及數(shù)字化處理，然后將其送給主控模塊的51 單片機(jī)與預(yù)先給定的溫度值進(jìn)行比較；單片機(jī)根據(jù)預(yù)定的控制算法對(duì)數(shù)據(jù)分析處理，并通過(guò)顯示屏顯示當(dāng)前溫度和設(shè)定值，確定系統(tǒng)是否異常，如果系統(tǒng)沒(méi)有異常出現(xiàn)，將經(jīng)過(guò)算法處理的信號(hào)，作為輸出控制量控制pwm 波形的輸出，控制執(zhí)行器的動(dòng)作，達(dá)到接通或者斷開(kāi)電阻爐主電路的目的，實(shí)現(xiàn)對(duì)電阻爐溫度的控制；同時(shí)可選擇通過(guò)通信接口與上位機(jī)通信，將需要的數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)供其使用，或者將上位機(jī)設(shè)定的參數(shù)下載到溫度控制器。二、 電路設(shè)計(jì)1、硬件選擇:51單片機(jī)stc89c52是stc公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k在系統(tǒng)可編程flash存儲(chǔ)器。stc89c52使用經(jīng)典的mcs-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位cpu和在系統(tǒng)可編程flash，使得stc89c52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)flash，512字節(jié)ram，32位i/o口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4kbeeprom，max810復(fù)位電路，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外stc89c52可降至0hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，cpu停止工作，允許ram、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35mhz，6t/12t可選。參數(shù)：1. 增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。2.工作電壓：5.5v3.3v（5v單片機(jī)）/3.8v2.0v（3v單片機(jī)）。3.工作頻率范圍：040mhz，相當(dāng)于普通8051的080mhz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48mhz。4.用戶應(yīng)用程序空間為8k字節(jié)。5.片上集成512字節(jié)ram。6.通用i/o口（32個(gè)），復(fù)位后為：p0/p1/p2/p3是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，p0口是漏極開(kāi)路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為i/o口用時(shí)，需加上拉電阻。7.isp（在系統(tǒng)可編程）/iap（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器，可通過(guò)串口（rxd/p3.0,txd/p3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。8.具有eeprom功能。9.共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器t0、t1、t2。10.外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，powerdown模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。11.通用異步串行口（uart），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)uart。12.工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)級(jí)）/075（商業(yè)級(jí)）。13.pdip封裝。6位共陰數(shù)碼管模塊結(jié)構(gòu)及引腳圖：鍵盤輸入示意圖： 51單片機(jī)最小系統(tǒng)（引腳）圖：電源電路：報(bào)警器模塊示意圖：k 型熱電偶在工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用，它具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、制造方便、價(jià)格便宜、體小便攜、測(cè)量精度高及測(cè)量范圍寬的優(yōu)點(diǎn)。所以綜合考慮熱電偶的測(cè)溫性能、測(cè)溫精度、測(cè)溫范圍和價(jià)格成本，本設(shè)計(jì)的智能電阻爐溫度控制器選用k 型熱電偶作為測(cè)量溫度的感溫元件。為了提高精度和穩(wěn)定性，在此選用集成化數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片max6675 對(duì)熱電偶信號(hào)進(jìn)行處理。max6675 是美國(guó)maxim 公司生產(chǎn)的串行k 型熱電偶信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片，內(nèi)部具有信號(hào)調(diào)節(jié)放大器、12 位的模擬/數(shù)字化熱電偶轉(zhuǎn)換器、冷端補(bǔ)償電路和激光校正電路，因此可以對(duì)k 型熱電偶輸出信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化、冷端補(bǔ)償和線性化處理。其溫度分辨能力能夠達(dá)到0.25，冷端補(bǔ)償溫度范圍在-20+80之間，工作電壓為3.05.5v。k 型熱電偶的作用是檢測(cè)熱冷兩端之間的溫度差，k 型熱電偶熱端的溫度可以在0+1023.75之間改變，冷端的溫度就是電路板上max6675 周圍的環(huán)境溫度，也就是max6675 的檢測(cè)能力范圍-20+80。熱電偶的冷端溫度變化時(shí)max6675 仍然可以精確的檢測(cè)出熱電偶的熱端溫度，這就是max6675 內(nèi)部冷端補(bǔ)償和矯正的作用，max6675 內(nèi)部?jī)?nèi)置冷端補(bǔ)償二極管，通過(guò)溫度檢測(cè)二極管將max6675 周圍溫度轉(zhuǎn)化成溫度補(bǔ)償電壓，max6675 將熱電偶檢測(cè)的溫度電壓和補(bǔ)償二極管檢測(cè)的環(huán)境電壓同時(shí)送入其內(nèi)部的adc 進(jìn)行轉(zhuǎn)換，作為熱電偶實(shí)際測(cè)量的熱端溫度。所以，只有當(dāng)熱電偶的冷端溫度與max6675 內(nèi)部溫度檢測(cè)二極管周圍的溫度相同時(shí)，該芯片才可以實(shí)現(xiàn)最佳的測(cè)量效果。max6675 首先將接收到的熱電偶輸出的模擬電壓，送給其內(nèi)部的一級(jí)低噪聲放大器a1，然后送給二級(jí)濾波電壓跟隨器a2，再與補(bǔ)償電壓一起被接到adc 的輸入端，將溫度電壓轉(zhuǎn)化成與其對(duì)應(yīng)的數(shù)字溫度值。這樣，放大器a1 的作用是保證輸入檢測(cè)端的高精度，同時(shí)，可以將熱電偶的連接導(dǎo)線和干擾源隔開(kāi)，實(shí)現(xiàn)高精度的檢測(cè)熱電偶的測(cè)量溫度。其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如下：max6675 與單片機(jī)的引腳連接如圖所示。gnd 為接地端；t-為k 型熱電偶負(fù)極；t+為k 型熱電偶正極；vcc 為電源端；nc 懸空不用；so 為串行數(shù)據(jù)輸出端；cs 為片選信號(hào)；sck 為串行時(shí)鐘輸入。max6675 與51 單片機(jī)通過(guò)3 線串口（so=p1.0引腳，sck=p1.1引腳，cs=p1.2引腳）通信，方便連接。熱電偶的模擬信號(hào)由t-和t+端口輸入，t-端接地，vcc 端接3.3v 電壓，并通過(guò)0.1uf 的電容接地以提高電壓的穩(wěn)定性和抗干擾性，max6675 的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)由單片機(jī)的pd13 讀取，片選信號(hào)由單片機(jī)的 引腳提供，串行時(shí)鐘由單片機(jī)的pd13 引腳提供。max6675 通過(guò)3 線串口實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的通訊時(shí)，當(dāng)max6675 的cs 引腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，max6675 將停止任何信號(hào)的轉(zhuǎn)換，并將在時(shí)鐘信號(hào)sck 的作用下通過(guò)so 引腳向外輸出轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，相反當(dāng)cs 引由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，max6675 將開(kāi)始新的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。在cs 引腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，第一個(gè)字節(jié)的d15 將出現(xiàn)在so引腳上，一個(gè)完整的數(shù)據(jù)讀取需要16 個(gè)時(shí)鐘周期，數(shù)據(jù)的讀取通常在sck 的先下降沿完成。其數(shù)據(jù)輸出時(shí)序如圖所示：固態(tài)繼電器ssr 是一種全部由固態(tài)電子元器件組成的新型的無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)，使用幾毫安的微弱信號(hào)可以控制大功率電路的導(dǎo)通或者關(guān)斷。它的內(nèi)部是由如光敏電阻、發(fā)光二極管、開(kāi)關(guān)三極管或者雙向可控硅等具有開(kāi)關(guān)特性的半導(dǎo)體元件構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)火花、無(wú)噪音、無(wú)污染的快速斷開(kāi)或者接通電路的目的，因?yàn)闆](méi)有機(jī)械動(dòng)作，所以無(wú)機(jī)械磨損，壽命長(zhǎng)，并且不產(chǎn)生電磁干擾，因此，又被稱作無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)電式繼電器和電磁繼電器，固態(tài)繼電器體積小、功耗低、開(kāi)關(guān)速度快并且可靠性很高、價(jià)格低廉，使用時(shí)安裝簡(jiǎn)便，可以適應(yīng)惡劣的環(huán)境條件。由于以上優(yōu)點(diǎn)，固態(tài)繼電器ssr 在控制系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，所以本設(shè)計(jì)的電阻爐智能溫度控制器，其執(zhí)行元件選用固態(tài)繼電器ssr。按照固態(tài)繼電器的應(yīng)用場(chǎng)合，ssr 可以分為兩種類型，一種是直流型固態(tài)繼電器，另一種是交流型固態(tài)繼電器，它們分別在直流和交流電路上做負(fù)載的開(kāi)關(guān)，不能混用。本設(shè)計(jì)中使用的固態(tài)繼電器是交流型固態(tài)繼電器。按照固態(tài)繼電器的應(yīng)用場(chǎng)合，ssr 可以分為兩種類型，一種是直流型固態(tài)繼電器，另一種是交流型固態(tài)繼電器38，它們分別在直流和交流電路上做負(fù)載的開(kāi)關(guān)，不能混用。本設(shè)計(jì)中使用的固態(tài)繼電器是交流型固態(tài)繼電器，所以，下面以交流固態(tài)繼電器為例介紹固態(tài)繼電器ssr 的工作原理，其原理結(jié)構(gòu)如圖所示：固態(tài)繼電器ssr 具有四個(gè)輸入輸出端1、2、3、4，是一個(gè)四端元件，主要由耦合電路、過(guò)零檢測(cè)電路和保護(hù)電路三部分組成。固態(tài)繼電器ssr 正常工作的時(shí)候，只要給1、2 兩個(gè)端子加上一定的控制信號(hào)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)3、4 兩個(gè)端子之間電路的接通和斷開(kāi)，即實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的功能。在驅(qū)動(dòng)繼電器方面，我們使用了一個(gè)pnp型三極管8550，發(fā)射極接5v電源，集電極接地，基極連接單片機(jī)輸出端。電路圖如下圖所示：2、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)目前，自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，常使用的語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言、c 或者c+。其中，匯編語(yǔ)言是面向機(jī)器的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，在匯編語(yǔ)言中，用助記符代替操作碼，用地址符號(hào)或者標(biāo)號(hào)代替地址碼，這樣用符號(hào)代替機(jī)器語(yǔ)言的二進(jìn)制代碼，就把機(jī)器語(yǔ)言變成了匯編語(yǔ)言，所以，匯編語(yǔ)言也稱作符號(hào)語(yǔ)言，是一種低級(jí)編程語(yǔ)言。由于匯編語(yǔ)言一般與某一種cpu 提供的機(jī)器指令相對(duì)應(yīng)，人們可以用它直接控制硬件系統(tǒng)進(jìn)行工作，可以直接訪問(wèn)單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部各種資源，匯編語(yǔ)言程序具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、執(zhí)行速度快、代碼效率高等優(yōu)點(diǎn)，但是匯編語(yǔ)言的通用性和移植性都比較差，也就是具有比較強(qiáng)的針對(duì)性，并且用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序，對(duì)程序員個(gè)人的能力要求較高，編程比高級(jí)語(yǔ)言困難很多。然而c 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言或者c+程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是一種在國(guó)內(nèi)外被廣泛使用的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言，它適合作為系統(tǒng)編程語(yǔ)言，既可以用來(lái)編寫(xiě)系統(tǒng)程序，也可以用來(lái)編寫(xiě)應(yīng)用程序，c 語(yǔ)言具有強(qiáng)大的功能、靈活的表達(dá)方式、高效的目標(biāo)程序代碼、超強(qiáng)的可移植性，不但具有高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，而且具有低級(jí)語(yǔ)言的許多特點(diǎn)，因此特別適合編寫(xiě)大型控制系統(tǒng)軟件。c 語(yǔ)言問(wèn)世以后，以前使用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的許多程序，現(xiàn)在都可以用高級(jí)的c 語(yǔ)言編寫(xiě)了，并且學(xué)習(xí)和使用c 語(yǔ)言要比學(xué)習(xí)和使用匯編語(yǔ)言容易很多。c+程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是為編寫(xiě)大型程序而研制的，它比c 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言復(fù)雜的多，學(xué)習(xí)c+也比學(xué)習(xí)c 語(yǔ)言困難很多，所以對(duì)于不是那么復(fù)雜的系統(tǒng)程序而選用c 語(yǔ)言編寫(xiě)程序是很好的選擇。c 語(yǔ)言作為一種高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言得到了廣泛的應(yīng)用，采用c 語(yǔ)言編寫(xiě)的軟件程序不針對(duì)特定的硬件系統(tǒng)，可以根據(jù)不同的單片機(jī)做移植，基于c 語(yǔ)言的以上諸多特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)的軟件程序設(shè)計(jì)，采用c 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。2.1 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境及工具編程軟件使用源自德國(guó)keil 公司的realview mdk，這一款編程軟件被全球超過(guò)十萬(wàn)的嵌入式工程師或者學(xué)者驗(yàn)證和使用，是arm 公司最新推出的針對(duì)各種嵌入式處理器的軟件開(kāi)發(fā)工具。它集成了業(yè)界最領(lǐng)先的技術(shù)，融合了中國(guó)多數(shù)軟件工程師所需要的特點(diǎn)和功能，uvision4 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境支持arm7、arm9 和最新的cortex-m3 內(nèi)核處理器，自動(dòng)配置啟動(dòng)代碼，集成flash 少些模塊，強(qiáng)大的性能分析功能。其集成開(kāi)發(fā)環(huán)境如圖所示：2.2 uvision4 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境主要的性能：1) 源代碼編輯器的功能非常強(qiáng)大。2) 設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)可以根據(jù)開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行配置。3) 工程管理器可以用于創(chuàng)建和維護(hù)工程。4) 編譯工具集匯編、編譯、連接過(guò)程于一體。5) 用于設(shè)置開(kāi)發(fā)工具配置的對(duì)話框。6) 真正集成高速cpu 及片上外設(shè)模擬器的源碼級(jí)調(diào)試器。7) 高級(jí)gdi 接口，可用于目標(biāo)硬件的軟件調(diào)試和ulink2 仿真器的連接。8) 用于下載應(yīng)用程序到flash rom 中的flash 編程器。9) 完善的開(kāi)發(fā)工具手冊(cè)、設(shè)備數(shù)據(jù)手冊(cè)和用戶向?qū)АＪ褂谜f(shuō)明0：任意輸入一個(gè)三位數(shù)作為開(kāi)始保溫時(shí)間倒計(jì)時(shí)（秒）；按ok(34鍵)鍵，此時(shí)黃色led亮2s表示輸入成功，下同；1：任意輸入一個(gè)三位數(shù)，作為保溫下限；按ok(34鍵)鍵；2：待黃色led燈熄滅后，任意輸入一個(gè)三位數(shù)作為保溫上限；3：任意輸入三位數(shù)作為保溫持續(xù)時(shí)間（分）；4：k型熱電偶開(kāi)始工作，同時(shí)顯示溫度，如果溫度小于保溫下限，通電加熱，加熱至保溫上限，停止加熱；5：如果設(shè)定的保溫上限溫度高于報(bào)警溫度（內(nèi)設(shè)定報(bào)警溫度為90度），即啟動(dòng)報(bào)警功能。蜂鳴器一直報(bào)警直至溫度低于報(bào)警溫度度方止。6：如果要重新設(shè)定保溫區(qū)間，按按復(fù)位鍵后從第一部開(kāi)始； 提示（測(cè)溫范圍0t999.75 測(cè)溫精度 0.25）三、 測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果程序：#include #include#define uchar unsigned char #define uint unsigned intsbit beep=p23;sbit so=p10; sbit io=p16;sbit sck=p11; sbit cs=p12; sbit dula=p26; /段選信號(hào)的鎖存器控制sbit wela=p27; /位選信號(hào)的鎖存器控制sbit led=p15;uchar a=16,b=16,c=16,d=16,e=16,f=16;uchar weia,temp,key,ok;uchar s1,s2,s3,s4,s5,s6;unsigned long shu;int shujubw();int huoqu();unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00;unsigned char code wei=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf; /數(shù)碼管各位的碼表unsigned char code duan=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x7,0x7f,0x6f; /0-9的碼表unsigned char code duandian=0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef;unsigned int max6675_rd_word(); /熱電偶數(shù)據(jù)讀取，返回溫度void xianshi(float shuju1,float shuju2); /溫度顯示void xianshishuju(int shujua);void delay(unsigned int i);int shujubw()/保溫時(shí)間（分鐘）；int aashuju=0;while(aashuju=0)aashuju=huoqu(); return(aashuju);void xianshishuju(int shujua)/顯示數(shù)據(jù)； int i,bai,shi,ge; bai=shujua/100; shi=(shujua%100)/10; ge=shujua%10; for(i=0;i125;i+) p0=wei0; wela=1;wela=0; p0=duanbai; dula=1;dula=0;delay(3);p0=wei1; wela=1;wela=0; p0=duanshi; dula=1;dula=0;delay(3);p0=wei2; wela=1;wela=0; p0=duange; dula=1;dula=0;delay(3); p0=0x00; /什么都不顯示;dula=1;dula=0;delay(1); void keyscan()/從鍵盤獲取數(shù)據(jù)； p3=0xfe; temp=p3; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) delay(10); if(temp!=0xf0) temp=p3; switch(temp) case 0xee: key=0; weia+; break; case 0xde: key=1; weia+; break; case 0xbe: key=2; weia+; break; case 0x7e: key=3; weia+; break; while(temp!=0xf0) temp=p3; temp=temp&0xf0; beep=0; beep=1; p3=0xfd; temp=p3; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) delay(10); if(temp!=0xf0) temp=p3; switch(temp) case 0xed: key=4; weia+; break; case 0xdd: key=5; weia+; break; case 0xbd: key=6; weia+; break; case 0x7d: key=7; weia+; break; while(temp!=0xf0) temp=p3; temp=temp&0xf0; beep=0; beep=1; p3=0xfb; temp=p3; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) delay(10); if(temp!=0xf0) temp=p3; switch(temp) case 0xeb: key=8; weia+; break; case 0xdb: key=9; weia+; break; case 0x7b: ok=1; /key=11; /wei+; break; while(temp!=0xf0) temp=p3; temp=temp&0xf0; beep=0; beep=1; int huoqu()/從鍵盤返回?cái)?shù)據(jù)；float shuju=0;keyscan();if(wei!=0) switch(weia)case 1: a=key;s1=a; break;case 2: b=key;s2=b; break;case 3: c=key;s3=c; break;case 4: d=key;s4=d; break;case 5: e=key;s5=e; break;case 6: f=key;s6=f; break; if(ok) ok=0;switch(weia)case 1: shu=s1; break;case 2: shu=s2+s1*10; break;case 3: shu=s3+s2*10+s1*100; break;case 4: shu=s4+s3*10+s2*100+s1*1000; break;case 5: shu=s5+s4*10+s3*100+s2*1000+s1*10000; break;case 6: shu=s6+s5*10+s4*100+s3*1000+s2*10000+s1*100000; break;weia=0; shuju=shu;s1=0;s2=0;s3=0;s4=0;s5=0;s6=0; return (shuju);unsigned int max6675_rd_word() /k型熱電偶輸入信號(hào)，返回?cái)?shù)據(jù)； unsigned int i,wd; cs=1; sck=0; _nop_(); _nop_(); cs=0;for(i=0;i16;i+) wd=wd3); xiaoshu=xiaoshu*100/4; temp=(unsigned int)(wd&0x7fe0)5); if(pdwd999.75)pdwd=999.75; bai=temp/100; shi=(temp%100)/10; ge=temp%10; xiaoshu1=xiaoshu/10; xiaoshu2=xiaoshu%10; pdwd=bai*100+shi*10+ge+xiaoshu1*0.1+xiaoshu2*0.01; for(i=0;i=90)beep=0; if(pdwd90)beep=1; if(pdwd=shuju2)io=1;p0=wei0; wela=1;wela=0; p0=duanbai; dula=1;dula=0;delay(2); p0=wei1; wela=1;wela=0; p0=duanshi; dula=1;dula=0;delay(2);p0=wei2; wela=1;wela=0; p0=duandiange; dula=1;dula=0;delay(2);p0=wei3; wela=1;wela=0; p0=duanxiaoshu1; dula=1;dula=0;delay(2);p0=wei4; wela=1;wela=0; p0=duanxiaoshu2; dula=1;dula=0;delay(2); p0=0x00; /什么都不顯示dula=1;dula=0;delay(1); void main() /*主函數(shù)*/ delay(1000); float shuju0=0,shuju1=0,shuju2=0; int baowen; unsigned int wd;while(shuju0=0)shuju0=huoqu();/輸入第一個(gè)數(shù)據(jù) xianshishuju(shuju0); led=0; delay(1000); led=1;while(shuju1=0)shuju1=huoqu(); /輸入二個(gè)數(shù)據(jù) xianshishuju(shuju1); led=0; delay(1000); led=1;while(sh