加熱爐溫度控制器

1、摘要畢業(yè)論文模板噴塑加熱爐溫度控制器的設(shè)計(jì)學(xué) 院：電氣與電子工程學(xué)院專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：2012 年6 月摘要本設(shè)計(jì)為模板噴塑加熱爐溫度控制器的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的主要構(gòu)成包括以單片機(jī) 為核心的智能控制單元，人機(jī)對(duì)話模塊的鍵盤 /顯示器，提供外部電源的電源電 路，溫度、重量信號(hào)檢測(cè)電路，具有過(guò)零檢測(cè)和過(guò)零觸發(fā)功能的雙向可控硅控制 電路等。根據(jù)本設(shè)計(jì)的控制要求和技術(shù)指標(biāo)，采用 e型熱電偶檢測(cè)加熱爐的溫 度，通過(guò)軟件控制雙向可控硅的工作情況， 實(shí)現(xiàn)溫度閉環(huán)控制；由壓力變送器采 集工件重量，作為工件噴塑時(shí)的恒溫保持時(shí)間，并外接指示燈作為加熱完成時(shí)的 信號(hào)。通過(guò)以上方案可以實(shí)

2、現(xiàn)對(duì)加熱爐溫度的檢測(cè)和閉環(huán)控制，并能通過(guò)鍵盤設(shè)定工作溫度。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，加熱爐，溫度，控制系統(tǒng)abstractabstractthe design for the template spray furnace temperature controller design, the main components of the system include intelligent control unit mcu as the core module of man-machine,dialogue keyboard / monitor power supply circuit to provid

3、e an external power supply, temperature, weight of the signal detection circuit, with zero and zero crossing detection trigger function triac control circuit and so on. e-type thermocouple detection temperature of the furnace according to the design control requirements and technical specifications,

4、 software to control the triac, the temperature closed-loop control; workpiece weight collected by the pressure transmitter, as the workpiece spray plastic thermostat to keep the time, and an external indicator signal as the heating is completed. furnace temperature detection and closed-loop control

5、 can be achieved through the above program, and through the keyboard to set the operating temperature.keywords: microcontroller, furnace, temperature, control systemii目錄目錄摘要i.abstract ii第一章引言11.1 課題背景 1.1.2 近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.1.3 本課題完成的工作4.第二章系統(tǒng)綜述52.1 系統(tǒng)概述5.2.2 系統(tǒng)的工作原理 .5.2.3 具體設(shè)計(jì)考慮 5.第三章硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)73.1 單片機(jī)最小

6、系統(tǒng) 7.3.1.1 芯片型號(hào)7.3.1.2 時(shí)鐘電路與復(fù)位電路 8.3.2 溫度信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì) 8.3.2.1 傳感器的選型8.3.2.2 熱電偶測(cè)溫原理9.3.2.3 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償及信號(hào)放大 1.03.3 重量信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì) 123.4 數(shù)據(jù)選擇器和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 133.4.1 數(shù)據(jù)選擇器芯片 1.33.4.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 1.33.5 鍵盤顯示電路與報(bào)警電路 163.5.1 鍵盤電路 1.63.5.2 顯示電路和報(bào)警電路 173.6 溫度控制電路 193.6.1 加熱原件的選擇203.6.2 過(guò)零檢測(cè)電路 20iii目錄3.6.3 過(guò)零觸發(fā)電路 22第四章軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2

7、4結(jié)論35致謝36參考文獻(xiàn)37附 錄38iv引言第一章引言1.1 課題背景溫度是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要參數(shù)，尤其是近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)和工 業(yè)生產(chǎn)水平的提高，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高的要求，因此，要求溫度控制系統(tǒng) 對(duì)溫度信號(hào)實(shí)現(xiàn)更加可靠，準(zhǔn)確的采集和控制。電加熱爐在冶金、化工、機(jī)械、 食品等多個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，使其在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位，但由于它 具有大慣性，非線性，大滯后，時(shí)變性，升溫單向性等特點(diǎn)，很難對(duì)加熱爐建 立一個(gè)準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，相對(duì)于較高的溫度控制精度，無(wú)法滿足控制要求。隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，以微機(jī)測(cè)量和控制的技術(shù)得到了 迅猛的發(fā)展，在現(xiàn)代控制技術(shù)中廣泛應(yīng)用。單片機(jī)以

8、其價(jià)格低廉，高可靠性， 控制方便編程簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，控制靈活和低功耗等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制中得到了廣 泛的應(yīng)用。加熱爐溫度控制系統(tǒng)以單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心，利用先進(jìn)的pid控制算法，可以彌補(bǔ)系統(tǒng)無(wú)法建立準(zhǔn)確地?cái)?shù)學(xué)模型的缺點(diǎn)，使系統(tǒng)的控制在指 定范圍內(nèi)，控制精度滿足工程要求。1.2 近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀溫度控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的 溫度控制器來(lái)講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相 比，仍然有著較大的差距。成熟的溫控產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的pid控制器為主，它們只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，而用于較高控制場(chǎng)合的智能化、 自適應(yīng)控制儀表，國(guó)內(nèi)技術(shù)還

9、不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表 較少。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)政府及企業(yè)對(duì)此都非常重視，對(duì)相關(guān)企業(yè)資 源進(jìn)行了重組，相繼建立了一些國(guó)家、企業(yè)的研發(fā)中心，開(kāi)展創(chuàng)新性研究，使 我國(guó)儀表工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。隨著新技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，近年來(lái)單片機(jī)發(fā)展十分迅速，一個(gè)以微機(jī) 應(yīng)用為主的新技術(shù)革命形勢(shì)正在蓬勃興起，單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到電力、冶 金、化工、建材、機(jī)械、食品、石油等各個(gè)行業(yè)。傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且精度差，單片機(jī)的出現(xiàn)使得溫度的采集和數(shù)據(jù)處理問(wèn)題能夠得到 很好的解決。溫度是工業(yè)對(duì)象中的一個(gè)重要的被控參數(shù)。然而所采用的測(cè)溫元 件和測(cè)量方法也不相同；產(chǎn)品的工藝不同，控制

10、溫度的精度也不相同。因此對(duì) 數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制方法也不相同。傳統(tǒng)的控制方式不能滿足高精度， 高速度的控制要求，如溫度控制表溫度接觸器，其主要缺點(diǎn)是溫度波動(dòng)范圍大， 由于他主要通過(guò)控制接觸器的通斷時(shí)間比例來(lái)達(dá)到改變加熱功率的目的，受儀 表本身誤差和交流接觸器的壽命限制，通斷頻率很低。近幾年來(lái)快速發(fā)展了多 種先進(jìn)的溫度控制方式，如：pid控制，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及遺傳算法控制等。 這些控制技術(shù)大大的提高了控制精度，不但使控制變得簡(jiǎn)便，而且使產(chǎn)品的質(zhì) 量更好，降低了產(chǎn)品的成本，提高了生產(chǎn)效率。1 .pid控制pid控制即為比例、積分和微分控制。自從 19世紀(jì)40年代開(kāi)始以來(lái)， 就廣泛應(yīng)用于工

11、業(yè)生產(chǎn)中，長(zhǎng)期以來(lái)，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，廣泛的應(yīng)用 于過(guò)程領(lǐng)域中，并且可以實(shí)現(xiàn)較為滿意的控制效果。溫度控制系統(tǒng)將熱電偶實(shí) 時(shí)采集到的溫度值與預(yù)先設(shè)定值相比較，差值作為p id的輸入。pid控制根據(jù)比 例、積分、微分系數(shù)通過(guò)算法計(jì)算出合適的輸出控制量，利用修改控制變量誤差的方法實(shí)現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)的溫度閉環(huán)控制，使溫度控制過(guò)程連續(xù)。它的缺點(diǎn)是現(xiàn) 場(chǎng)p id參數(shù)整定較為復(fù)雜，被控對(duì)象模型參數(shù)難以準(zhǔn)確確定，外界干擾信號(hào)容易 使控制系統(tǒng)偏離最佳的控制狀態(tài)。2 .神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代控制中十分重要的人工智能技術(shù)，它采用數(shù)理模型的方法模擬生物神經(jīng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)以及對(duì)信息的記憶和處理的思想，從而構(gòu)成的

12、一種 信息處理方法。它根據(jù)大量簡(jiǎn)單的處理單元廣泛連接形成各種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)算法相異，其中誤差反向傳播算法得到了廣泛的應(yīng)用。溫度控制系統(tǒng)由于所承 受負(fù)載的變化以及外界干擾因素的影響，而p id控制算法只能對(duì)電參數(shù)的影響 做精確的計(jì)算，而只能估算外界環(huán)境因素的變換，影響系統(tǒng)控制精度。人工神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)以其高度的非線性映射，自組織，自學(xué)和聯(lián)想記憶等功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜 的非線性系統(tǒng)建模。該控制方法響應(yīng)速度快，抗干擾能力較強(qiáng)，控制算法簡(jiǎn)單，軟 硬件較易實(shí)現(xiàn)。訓(xùn)練方法是網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)過(guò)程 ，即根據(jù)事先設(shè)定好的學(xué)習(xí)規(guī)則， 按照提供的學(xué)習(xí)實(shí)例，用來(lái)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)之間相互連接的權(quán)值大小，以實(shí) 現(xiàn)記憶功能以及

13、聯(lián)想，歸納等。在溫度控制系統(tǒng)中，將溫度的影響因素如天氣、 大氣溫度、外施電壓、被加熱對(duì)象性質(zhì)以及被加熱對(duì)象溫度等作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的 輸入，將其輸出量作為p id控制器的參數(shù)，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為樣本，在計(jì)算機(jī)上 反復(fù)迭代，隨實(shí)驗(yàn)與研究工作的進(jìn)行與深入，不斷自我完善與修正，直到系統(tǒng)收 斂,得到網(wǎng)絡(luò)權(quán)值,因此實(shí)現(xiàn)自整定p id控制器參數(shù)的目的。3 .模糊控制模糊控制是基于模糊邏輯思想的描述一個(gè)過(guò)程的控制算法，。它適用于控制 過(guò)程難以建立精確數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型不確定或時(shí)變的對(duì)象。在電力系統(tǒng)的模 型通常是不完善的，即使系統(tǒng)模型已知，但同時(shí)也存在參數(shù)變化的問(wèn)題。p id控 制雖然控制過(guò)程簡(jiǎn)單、方便，但難以解決出

14、現(xiàn)非線性和參數(shù)變化的情形 ，模糊控 制不需要控制裝置的精確數(shù)學(xué)模型，它依賴于操作人員的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用十分方便。 模糊溫控的實(shí)現(xiàn)：（1）將溫控對(duì)象的偏差和偏差變化率以及輸出量劃分成不同的 模糊值，建立規(guī)則如下：如果溫度太高，或者溫度正在上升，那么就減少控制輸入，或風(fēng)冷。將這些模糊規(guī)則寫(xiě)成模糊條件程序 ,得到了模糊模型。（2）根據(jù)控 制查詢表，形成模糊算法。（3）對(duì)溫度誤差采樣數(shù)值的精確量模糊化，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)算 法處理與計(jì)算機(jī)通信，計(jì)算機(jī)根據(jù)模糊規(guī)則做出模糊決策，得出相應(yīng)的控制量， 變成精確量去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)輸入量的調(diào)整，達(dá)到溫度的穩(wěn)定調(diào)整。同傳統(tǒng) 的p id控制算法相比較，模糊控制具有響應(yīng)速度快，超

15、調(diào)量小，參數(shù)變化不敏感 等優(yōu)點(diǎn)，因此也得到了較為廣泛的應(yīng)用。4 .遺傳算法遺傳算法是模擬達(dá)爾文的自然淘汰和遺傳選擇的生物進(jìn)化過(guò)程的全局優(yōu)化 搜索算法。它將生物進(jìn)化過(guò)程中的適者生存規(guī)則與群體內(nèi)部染色體的隨機(jī)信息 交換機(jī)制結(jié)合在一起，通過(guò)正確的編碼機(jī)制和選擇的適應(yīng)度函數(shù)來(lái)操作稱為染 色體的二進(jìn)制用1或0。引入了繁殖交叉和變異等方法， 在要求解的問(wèn)題空間上 進(jìn)行全局、并行和隨機(jī)的搜索優(yōu)化，向著全局最優(yōu)的方向收斂?；谶z傳算法溫 控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是通過(guò)傳感器檢測(cè)到的溫度信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，數(shù)字化以后送入單片機(jī)，單片機(jī)將其與給定溫度值進(jìn)行比較，用遺傳算法來(lái)優(yōu)化3個(gè)pid參數(shù)，然后 將對(duì)應(yīng)的控制量輸出。具體實(shí)現(xiàn)將

16、 3個(gè)pid參數(shù)用接在一起從而構(gòu)成了一個(gè)完 整的染色體。進(jìn)而構(gòu)成遺傳空間中的一個(gè)個(gè)體，通過(guò)繁殖交叉和變異遺傳操作生 成新一代群體，經(jīng)過(guò)多次搜索，選擇最大適應(yīng)度值的個(gè)體即為所求。在硬件上采 用單片機(jī)作為控制核心。具有調(diào)試方便溫控精度高，抗干擾能力強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。 在軟件上采用遺傳算法對(duì)pid參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化控制，具有很高的控制穩(wěn)定度，溫控 精度較高。1.3本課題完成的工作根據(jù)控制要求本設(shè)計(jì)以at89c52為控制系統(tǒng)的主控芯片，針對(duì)模板噴塑加 熱爐溫度控制系統(tǒng)的控制要求，對(duì)爐內(nèi)溫度通過(guò)熱電偶采集溫度信號(hào)，經(jīng)過(guò)信 號(hào)放大，ad變換后得到一個(gè)數(shù)字量并與單片機(jī)通信，按照預(yù)定的控制規(guī)律，輸 出相應(yīng)的控制量，作

17、為控制加熱絲通斷的雙向可控硅的控制信號(hào)，對(duì)可控硅的 觸發(fā)采用過(guò)零觸發(fā)方式，實(shí)現(xiàn)加熱爐溫度閉環(huán)控制，通過(guò)壓力變送器采集工件 重量，利用軟件程序決定加熱爐恒溫保持時(shí)間，重量越大恒溫保持時(shí)間越長(zhǎng)。 另外，可以通過(guò)鍵盤、顯示電路和報(bào)警電路可實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)模 版噴塑加熱爐溫度控制器的設(shè)計(jì)，溫度控制范圍 0-300c之間，溫度誤差為1c 左右。4第二章系統(tǒng)綜述第二章系統(tǒng)綜述2.1 系統(tǒng)概述本系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：溫度信號(hào)檢測(cè)電路、重量信號(hào)檢測(cè)電路、 a/d變換電路、鍵盤顯示電路、過(guò)零檢測(cè)和過(guò)零觸發(fā)電路、報(bào)警電路以及各芯片 外圍電路等。2.2 系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)框圖如圖2-1所小圖2-1系統(tǒng)

18、原理框圖本設(shè)計(jì)以e型熱電偶作為溫度傳感器檢測(cè)爐溫度，壓力變送器測(cè)量工件重 量，對(duì)傳感器所得信號(hào)處理變換后，與單片機(jī)通信，根據(jù)軟件實(shí)現(xiàn)預(yù)定的工作 狀態(tài)，達(dá)到控制要求。過(guò)零檢測(cè)電路和過(guò)零觸發(fā)電路，可以實(shí)現(xiàn)觸發(fā)信號(hào)與電 網(wǎng)的同步，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊并限制了較大的電壓變換率。鍵盤顯示電路作為 設(shè)定溫度和顯示設(shè)定值當(dāng)前值的外設(shè)，當(dāng)加熱完畢，報(bào)警電路工作，停止加熱。2.3 具體設(shè)計(jì)考慮具體設(shè)計(jì)如下：1、由于溫度測(cè)量范圍為0300攝氏度溫度要求較高，因此采用 e型熱電 偶溫度傳感器進(jìn)行溫度測(cè)量。并選用對(duì) e型熱電偶信號(hào)具有冷端補(bǔ)償作用的芯 片lt1025進(jìn)行冷端補(bǔ)償.2、溫度顯示由六路led數(shù)碼管顯示電路組成

19、，實(shí)時(shí)顯示加熱爐內(nèi)溫度值并 能顯示溫度設(shè)定值。3、本系統(tǒng)通過(guò)改變雙向可控硅的導(dǎo)通角實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱絲端電壓的改變，進(jìn)而 改變加熱絲發(fā)熱功率，實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。4、溫度設(shè)定值由鍵盤輸入。5、采用pid控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。6、為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，采用 moc3061對(duì)執(zhí)行原件與單片機(jī)進(jìn)行 光電隔離。7、采用壓力變送器得到的信號(hào)為電流信號(hào)， 要實(shí)現(xiàn)用ad574轉(zhuǎn)換成數(shù)字量, 需將電流轉(zhuǎn)換成電壓。8、采用pid控制算法，實(shí)現(xiàn)溫度的閉環(huán)控制。9、加熱完成后，點(diǎn)亮led作為報(bào)警信號(hào)，并停止加熱。6第三章硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第三章硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)主要由以下幾部分電路組成：溫度信號(hào)檢測(cè)電路、重量 信

20、號(hào)檢測(cè)電路、a/d變換電路、鍵盤顯示電路、穩(wěn)壓電路、過(guò)零檢測(cè)和過(guò)零觸發(fā) 電路、報(bào)警電路以及各芯片外圍電路等。以下為各電路模塊的工作原理和作用。3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)3.1.1 芯片型號(hào)根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇51系列單片機(jī)中的at89c52型1。at89c52是一個(gè)低電 壓，高性能cmos 8位單片機(jī)，40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出(i/o)端口, 同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口。 片內(nèi)含4k字節(jié)的可反復(fù)擦寫(xiě)的flash只讀程序存儲(chǔ)器和128字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器(ram),可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。器件采用 atmel公司的高密度、非

21、易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲(chǔ)單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的at89c52提供了高性價(jià)比的解決方案。因此此單片機(jī)完全能滿足溫度控制系統(tǒng) 的要求。at89c521p10/tp00p11/tp01p12p02p13p03p14p04p15p05p16p06p17p0739238337436535634733832_12 yp20int0p21p22t1p23t0p24p25ea/vpp26int1x1rxdx2p27reset_txdrdpsenwrale/p2122152324142531262719n1一2

22、9-030圖3-1 at89c52管腳圖3.1.2 時(shí)鐘電路與復(fù)位電路時(shí)鐘電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式兩種。 本設(shè)計(jì)采用最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式，采用外界晶體和電容組成并聯(lián)諧振電路, 電路如圖。復(fù)位電路：mcs-51系列單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。單片機(jī)在上電瞬間，rc電路充電，rst引腳出現(xiàn)正脈沖，只要rst保持兩個(gè) 機(jī)器周期以上的高電平（因?yàn)檎袷幤鲝钠鹫竦椒€(wěn)定需要大約10ms的時(shí)間，故通常定為大于10ms）,就能使單片機(jī)有效復(fù)位。通常因?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)行等需要，需要人 工按鈕復(fù)位，如圖3-2所示，只需將一個(gè)常開(kāi)按鈕并聯(lián)于上電復(fù)位電路，按下開(kāi) 關(guān)一定時(shí)間后就能

23、就使rst引腳端為高電平，從而時(shí)單片機(jī)復(fù)位。3.2 溫度信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì)溫度采集電路是本設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)的重要組成部分，由于本設(shè)計(jì)要求測(cè)溫范 圍大，溫度較高，因此采用熱電偶作為溫度傳感器檢測(cè)加熱爐溫度。3.2.1 傳感器的選型熱電偶的選擇要根據(jù)被測(cè)對(duì)象的溫度范圍和熱電偶使用環(huán)境的氣氛。根據(jù) 設(shè)計(jì)要求溫度控制范圍在0-300c之間，可以選擇e型熱電偶作為測(cè)溫元件， 它是賤金屬熱電偶中熱電勢(shì)最大、靈敏度最高的。e型熱電偶的技術(shù)指標(biāo)如表3-1所示。表3-1 e型熱電偶技術(shù)指標(biāo)名稱分度號(hào)測(cè)溫范圍c適用氣氛穩(wěn)定性銀康銅e-270 1000o,n中等注：o為氧化氣氛，n為中性氣氛，r為還原氣氛，v為真空。3

24、.2.2 熱電偶測(cè)溫原理熱電偶的測(cè)溫原理是基于熱電效應(yīng)，就是將兩種不同的導(dǎo)體a,b連成閉合回路，且兩節(jié)點(diǎn)的溫度不同，則回路內(nèi)將有電勢(shì)產(chǎn)生，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)， 回路內(nèi)的電勢(shì)稱為熱電勢(shì)。這種現(xiàn)象是 1821年有賽貝克首先提出來(lái)的因此被稱 為賽貝克效應(yīng)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)是由于不同金屬接觸而形成的，所以它也稱為接觸 電勢(shì)?；芈穬?nèi)各節(jié)點(diǎn)形成的接觸電勢(shì)共同構(gòu)成熱電偶的熱電勢(shì)。上述熱電變換 元件稱為熱電偶，a,b稱為熱電偶的電極。實(shí)際應(yīng)用中將兩熱電極的其中一個(gè)端 點(diǎn)焊接在一起，用于對(duì)溫度的檢測(cè)，這一端點(diǎn)工作于被測(cè)對(duì)象中，稱為熱端， 另一端通常保持為某一特定的溫度，通常選為 0度，被稱為冷端或參考端。a廠、-e

25、ab(t / eab(to)b圖3-3熱電偶示意圖熱電偶閉合回路中產(chǎn)生的熱電勢(shì)是由溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)兩者組成的。溫 差電勢(shì)是指同一熱電極兩端因?yàn)闇囟炔煌a(chǎn)生的電勢(shì)，當(dāng)同一熱電極兩端溫 度不同時(shí)，高溫端的電子能量比低溫端的電子能量高，因而從高溫端擴(kuò)散到低 溫端的電子數(shù)比逆向的多，結(jié)果造成了高溫端因?yàn)槭ル娮佣鴰в姓?，低?端因?yàn)榈玫搅穗娮佣鴰в胸?fù)電，當(dāng)電子運(yùn)動(dòng)達(dá)到平衡時(shí)，在導(dǎo)體兩端便產(chǎn)生了 穩(wěn)定的電位差，即為溫差電勢(shì)。如圖 3-3所示。接觸電勢(shì)是指導(dǎo)體不同而各自的自由電子密度不同，在熱電極接觸面產(chǎn)生 自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象，擴(kuò)散的結(jié)果是接觸面上逐漸形成了靜電場(chǎng)，該靜電場(chǎng)具有阻礙原擴(kuò)散繼續(xù)進(jìn)行的作

26、用，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，在接觸面產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的電勢(shì) 差值稱為接觸電勢(shì)。設(shè)熱電偶兩個(gè)熱電極分別為 a, b,兩端溫度分別為t,t0,且tt0,則熱 電偶回路的總的電勢(shì)可表示為eab(t,t0)=e ab(t)-e ab(t0)-e a(t,t0)+e b(t,t0)由于溫差電勢(shì)比接觸電勢(shì)小的多，通常忽略，又因?yàn)閠t0,所以總的電勢(shì)方向取決于接觸電勢(shì)的放向，并且 eab(t)和eab(t0)的方向相反，因此上述表達(dá) 式可以簡(jiǎn)化為eab(t,t0)=eab(t)-eab(t0)綜上，當(dāng)熱電偶的兩個(gè)熱電極材料確定后，熱電偶兩端的總電勢(shì)只與兩端 的溫度有關(guān)。3.2.3 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償及信號(hào)放大從熱電偶測(cè)溫

27、原理可以知道，只要使熱電偶冷端溫度保持不變，熱電勢(shì)便 是被測(cè)溫度的單值函數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于熱電偶工作端與冷端距離很近， 冷端被置于外界空間，很容易受到外界環(huán)境溫度波動(dòng)的影響，因而熱電偶的冷 端溫度難以保持恒定。正是由于基準(zhǔn)點(diǎn)溫度大都不在 0c,利用預(yù)先準(zhǔn)備好的冰和水維持溫度， 在進(jìn)行實(shí)際的測(cè)量時(shí)，非常不方便。實(shí)際應(yīng)用中常采用冷端補(bǔ)償電路。補(bǔ)償電 壓必須與所使用的熱電偶具有相同的溫度特性。補(bǔ)償電壓只要能夠覆蓋像0到50c的室溫附近的很窄的一個(gè)溫度范圍，即可滿足大部分的工程要求。市場(chǎng)上 有多種類型的熱電偶冷端補(bǔ)償電壓專用集成電路。lt10254 是美國(guó)linear公司生產(chǎn)的低功耗熱電偶冷端補(bǔ)償

28、器，內(nèi)部自帶特 殊的非線性校正電路，其溫度補(bǔ)償準(zhǔn)確度達(dá)0.5 c。lt1025既可和各種熱電偶配 套使用，又可構(gòu)成攝氏溫度計(jì)，還可用于溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中，它除了具有10mv/c的 基本輸出外，還具有 e輸出端(60.9nv/c) , j輸出端(51.7%/ c), k,t 輸出端(40.6 nv/c)和r,s輸出端(6nv /c)當(dāng)熱電偶與測(cè)量?jī)x距離較遠(yuǎn)的時(shí)候，最理想的辦法是熱電偶做的長(zhǎng)度與到 測(cè)量?jī)x距離相同，這樣做的結(jié)果是增加了成本。因此，使用比熱電偶廉價(jià)的補(bǔ) 償導(dǎo)線代替熱電偶。補(bǔ)償線中有與熱電偶使用同材料的延伸型和性能與熱電偶 類似的補(bǔ)償型。在精度方面，延伸型更好些，在價(jià)格上，補(bǔ)償型更便宜些。

29、補(bǔ) 償導(dǎo)線的種類應(yīng)與熱電偶種類相同。本設(shè)計(jì)采用 e型熱電偶因此也應(yīng)選擇 e熱 電偶用的補(bǔ)償線。在將熱電偶絲與熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線連接時(shí)，使用熱電偶用連接 器是非常方便的。由于連接器采用與熱電偶相同的金屬材料制成，因此可以將 連接器部分產(chǎn)生的測(cè)量誤差減到最小。連接器上備有高溫和屏蔽線用的接地線。由于從熱電偶得到的信號(hào)為一弱電壓信號(hào)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的直接通信， 需要將其進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，熱電偶的金屬絲電阻隨著應(yīng)用場(chǎng)合的不同，阻值范圍 可能會(huì)超過(guò)幾百歐姆，為了不受該電阻的影響，大都采用非反轉(zhuǎn)型放大電路， 非反轉(zhuǎn)型放大器的輸入阻抗非常高的特點(diǎn)，放大電路如圖3-4所示。該電路的增益可以表示為g=1+ (r2+r

30、p3) /r3其中，rp3是rp3接入電路的有效使用電阻。利用圖3-4所示電路圖，實(shí)現(xiàn)將0-300c的溫度轉(zhuǎn)化為0-5v的功能，由于e 型熱電偶在300c時(shí)的熱電勢(shì)為21.033mv,所以放大器的增益 g為g=5v/21.033mv=238于是在圖示電路中，r3=1k,r2=232k,rp3=20k,調(diào)節(jié)rp3使得電路增益 g 為238.r1與c1構(gòu)成低通濾波器，對(duì)于高頻信號(hào)呈現(xiàn)低阻抗，使得高頻噪聲能 有效的濾除。3.3 重量信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì)根據(jù)本設(shè)計(jì)要求需要對(duì)工件重量進(jìn)行檢測(cè)，作為對(duì)工件恒溫保持時(shí)間的直 接依據(jù)，本文采用zp2600系列壓力變送器4測(cè)量的壓力范圍可達(dá)100mpa, 工作環(huán)境

31、在-25c85c ,二線制壓力變送器接線實(shí)物如圖 3-5所示。圖3-5二線制壓力變送器接線實(shí)物當(dāng)工件作用于壓力變送器時(shí)，壓力變送器便可以得到大小為4-20ma的弱電 流信號(hào)，讓該電流通過(guò)阻值為 250。的電阻便可以將此電流轉(zhuǎn)化為1-5v電壓， 因?yàn)槔眉蛇\(yùn)放輸入電阻無(wú)窮大的特點(diǎn)和虛斷的概念6,采用了電壓跟隨器實(shí)現(xiàn)電壓傳輸，輸出電壓與電阻上的電壓幾乎完全一致，因此可以實(shí)現(xiàn)電流到電 壓的信號(hào)的轉(zhuǎn)化與處理，然后將該 1-5v的電壓送至ad574完成模數(shù)轉(zhuǎn)化，變 成數(shù)字量。電路中的1f電容對(duì)高頻信號(hào)呈現(xiàn)低阻抗，能濾除高頻信號(hào)，減少 噪聲干擾。具體電路如圖3-6所示。圖3-6重量信號(hào)處理電路3.4 數(shù)

32、據(jù)選擇器和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路本設(shè)計(jì)需要對(duì)溫度信號(hào)和重量信號(hào)兩路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換，考慮到簡(jiǎn)化設(shè)備結(jié) 構(gòu)和降低設(shè)備成本，而且對(duì)于重量信號(hào)只需在進(jìn)行噴塑前進(jìn)行一次檢測(cè)和轉(zhuǎn)化， 因此可以利用一片a/d轉(zhuǎn)換器配合數(shù)據(jù)選擇器，分時(shí)完成溫度信號(hào)和重量信號(hào) 的轉(zhuǎn)換，便可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。3.4.1 數(shù)據(jù)選擇器芯片數(shù)據(jù)選擇器11亦稱為多路開(kāi)關(guān)，多路選擇器。功能是在選擇信號(hào)的控制下， 從若干信號(hào)中選擇對(duì)應(yīng)的一路作為輸出信號(hào)。74ls151是一種典型的集成數(shù)據(jù)選 擇器，它有3個(gè)地址輸入端ao,a1, a2和8個(gè)數(shù)據(jù)輸入端d0-d7o地址輸入端按 照三位二進(jìn)制進(jìn)行譯碼的原則，分別對(duì)應(yīng) 0-7八個(gè)數(shù)，即對(duì)應(yīng)8路數(shù)據(jù)輸入端。將三條地

33、址輸入端ao,a1, a2分別連接至74ls373的q。，q1, q2輸出端，通 過(guò)軟件改變p1 口的數(shù)據(jù)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同模擬輸入端的信號(hào)的選擇，由熱電偶 所得到的信號(hào)經(jīng)處理后的數(shù)據(jù)連接至 d4輸入端，當(dāng)三條地址輸入端a2a1a0的數(shù) 據(jù)為100時(shí)，便可以選擇溫度信號(hào)作為模擬輸入。由壓力變送器所得信號(hào)經(jīng)處 理后的數(shù)據(jù)連接至d3上，當(dāng)三條地址輸入端，a2a1a0得數(shù)據(jù)為011時(shí)，便可以 選擇轉(zhuǎn)換重量信號(hào)作為模擬輸入，片選端接地令其實(shí)時(shí)有效。3.4.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間和分辨率是a/d轉(zhuǎn)換器件主要的兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間就是轉(zhuǎn)換時(shí)間，它反映了轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)快慢的一個(gè)性能指標(biāo)

34、。分辨率是器件最小量化單位，對(duì)模擬輸入的最小分辨能力，根據(jù)本設(shè)計(jì)要求，溫度控制范圍是0-300c,溫度誤差要求在1c, 8位模擬轉(zhuǎn)換芯片，其分辨率 為1/28,溫度誤差為300/256，其結(jié)果大于1,不符合設(shè)計(jì)要求，因此，本設(shè)計(jì)選 用12位的a/d轉(zhuǎn)換器ad574構(gòu)成模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的溫度誤差是 300/4096, 其結(jié)果小于1,符合設(shè)計(jì)的溫度控制要求。本設(shè)計(jì)選用ad574a3作為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，ad574a是美國(guó)模擬數(shù)字公司 (analog)推出的單片高速12位逐次比較型a/d轉(zhuǎn)換器，可以直接與8位或 者16位微處理器電源相連，而無(wú)需附加其它接口電路。片內(nèi)有高精度電源和時(shí) 鐘電路，不需要外接

35、時(shí)鐘和參考電壓就可以工作，ad574a的轉(zhuǎn)換時(shí)間為25公。ad574控制信號(hào)狀態(tài)表如表3-2所示。表3-2 ad574控制信號(hào)狀態(tài)表csce-12/8-r/ca0功能說(shuō)明01x0012位轉(zhuǎn)換01x018位轉(zhuǎn)換01+5v1x12位輸出01地10高8位輸出101地11低4位輸出26ycvnmwrbzana-oi frddrnhw0lponr-rnmn 色d add abd 含d 6d ftdd n30d ocqd obd osqd ijhw m sutase cooua gut r2i671owl2 02224zc2az7q5q3qoqdnanni-n7dtar7r08ad36rsdcap64d4

36、mp52dxrrop42q2d2rr1q1ddnp-4-p2ndnortap.1zmqjjjjadxtdxrcgp4r2pqxrrwr.teer圖3-7模數(shù)轉(zhuǎn)換電路6 d5 d4 d3 d2 d1 d15 1sl 473.5 鍵盤顯示電路與報(bào)警電路1 .5.1鍵盤電路2 .鍵輸入原理15鍵盤是用來(lái)向控制系統(tǒng)提供操作人員操作命令及數(shù)據(jù)的接口設(shè)備，鍵盤主 要可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種類型。對(duì)于一個(gè)鍵或一個(gè)鍵盤，需要通過(guò) 接口電路與主機(jī)連接。主機(jī)可以通過(guò)中斷方式或查詢方式檢測(cè)是否有按鍵按下， 并將該按鍵鍵號(hào)送至累加器a ,然后通過(guò)指令轉(zhuǎn)入執(zhí)行此按鍵的功能程序，執(zhí)行 完程序后返回至原始狀態(tài)。3 .

37、鍵輸入接口應(yīng)解決的問(wèn)題鍵輸入接口應(yīng)該準(zhǔn)確而且快速的實(shí)現(xiàn)信息的輸入并執(zhí)行該按鍵的功能。應(yīng) 注意一下幾點(diǎn)：按鍵狀態(tài)的可靠輸入：鍵盤大都利用機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用，按鍵的接觸與斷開(kāi)瞬間都有抖動(dòng)的 存在，抖動(dòng)過(guò)程時(shí)間一般為5-10ms。完善鍵盤控制程序：1）檢測(cè)有沒(méi)有按鍵按下；2）有鍵按下時(shí)，通過(guò)軟件或者硬件進(jìn)行去抖動(dòng)檢測(cè)，消除抖動(dòng)影響；3）有可靠的邏輯處理方法，即在處理某一按鍵對(duì)應(yīng)功能程序時(shí)，有其它按 鍵按下時(shí)不予處理；4）輸出確定的鍵號(hào)以滿足散轉(zhuǎn)指令的要求。根據(jù)設(shè)計(jì)要求需要對(duì)溫度進(jìn)行設(shè)定，因此采用鍵盤實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，本設(shè)計(jì) 定義12個(gè)按鍵，分別為數(shù)字0-9十個(gè)數(shù)，“確定” 鍵和“取消”鍵，由于按鍵 數(shù)

38、量較多，因此采用 4*4矩陣鍵盤，便可滿足要求，同時(shí)也方便擴(kuò)展功能。矩 陣鍵盤的硬件電路如圖3-8所示。圖3-8鍵盤電路3.5.2顯示電路和報(bào)警電路1 . led數(shù)碼管顯示器的結(jié)構(gòu)與原理通常的七段led顯示器中有8個(gè)發(fā)光二極管。從引腳a-dp輸入不同的數(shù) 字信息便可以在數(shù)碼管中顯示不同的數(shù)字，根據(jù)8個(gè)發(fā)光二極管的陰極或陽(yáng)極的連接方式，分為共陰極接法和共陽(yáng)極接法。數(shù)碼管的每一段都是一個(gè)發(fā)光二 極管，在二極管工作時(shí)都要有足夠的電流令其發(fā)光，不同的二極管具有不同的 發(fā)光電流，因此，在硬件電路中應(yīng)設(shè)置數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)，以保證數(shù)碼管的正常工作。由于pa 口的最大負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力不足以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，因此需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)器

39、 驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，對(duì)于led的驅(qū)動(dòng)本設(shè)計(jì)采用芯片74ls245,它是8路同相三態(tài)雙 向總線收發(fā)器，可以雙向傳輸數(shù)據(jù)。由于它具有雙向三態(tài)功能，因此可用于輸 入也可用于輸出數(shù)據(jù)。2 .顯示電路在本設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用本設(shè)計(jì)選用6只數(shù)碼管作為溫度顯示器，其中 3只作為實(shí)時(shí)溫度顯示，另 外3只作為工作溫度的設(shè)定值，數(shù)碼管為共陽(yáng)極接法，對(duì)于所要顯示的溫度值， 采用數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示工作方式顯示出來(lái)。具體的工作過(guò)程為：將通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路所得到的數(shù)字量，通過(guò)軟件程序 所得的溫度值，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)數(shù)字的顯示字段碼， 送至輸出口擴(kuò)展芯片8255a的pad,然后通過(guò)具有鎖存功能的芯片 74ls245,讓顯示的內(nèi)容保持到下一

40、機(jī) 器周期，將所要顯示內(nèi)容送至數(shù)碼管的各段選線，在位選線有效的一位上便可 以顯示對(duì)應(yīng)位的溫度值，通過(guò)8255a的pb 口輸出位選線的值，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同位的 顯示。另外對(duì)于數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)選用 7407來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體電路連接形式如圖 3-9所74ls2450 1 2 3 4 5 6 7 aaaa a a a ardegnd343332313029282753698356u?ud0 ,d1pa0pa1. d2pa2.d3pa38255a.d4pa4 d5pa5- d6pa6- d7pa7,它p印. wrpb1. a0pe2. a1pb3，resetpb4- cspb5pb6pb7pg3pc1pg2pg3pc

41、4pg5pg6pg74321403938371819202122232425141516171312 u10vu?a127407dg f pe d cpy皴碼管圖3-9 led數(shù)碼管顯示電路對(duì)于報(bào)警電路是由一個(gè)發(fā)光二極管連接至一個(gè)p1.1上，通過(guò)軟件當(dāng)加熱完成時(shí)，在p1.1上輸出一個(gè)低電平的信號(hào)，令發(fā)光二極管發(fā)光作為報(bào)警信號(hào)。連 接時(shí)發(fā)光二極管要串聯(lián)一只200c的限流電阻。電路如圖3-10所示。ledr15200+5v1p1otp00-2-p11/tp013p12p024p13p03-5p14p046p15p057p16p068p17p0712p20int0p21p2215t1p2314t0p

42、2431p25ea/vpp26int119x1rxd18x29p27resettxdrdpsen16與wrale/pg-89c52393736343321222324252627fl131028112930圖3-10報(bào)警電路為了滿足設(shè)計(jì)要求，需要的i/o 口較多，單片機(jī)的i/o 口數(shù)量不足以滿足控制要求對(duì)i/o 口的需求,片擴(kuò)展并行輸入輸出口因此應(yīng)該擴(kuò)展并行i/o 口，本設(shè)計(jì)利用8255a可編程芯p10/tp00p11/tp01p12p02p13p03p14p04p15p05p16p06p17p07p20intop21p22t1p23top24p25ea/vpp26x1x2int1rxdp27

43、resettxdrdpsenwrale/p831917t689c5212c151412356191839 / 138-353221222324252627k 1310281129i產(chǎn)47/13/1417/181113doq0d1q1d2q2d3q3d4q4d5q5d6q6d7q7oele74ls3733433321215161930295 一-3698 一356udopa0d1pa1d2pa2d38255apa3d4pa4d5pa5d6pa6d7pa7rdpb0wrpb1a0pb2a1pb3resetpb4cspb5pb6pb7pc0pc1pc2pc3pc4pc5pc6pc7432140393

44、83718192021222324251415161713121110。單片機(jī)與8255a的連接電路如圖3-11所示。圖3-11單片機(jī)與8255a的連接電路3.6溫度控制電路根據(jù)設(shè)計(jì)要求需要對(duì)爐溫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，對(duì)溫度的控制是由加熱絲 的發(fā)熱功率實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)改變加熱爐兩端的電壓，進(jìn)而可以改變加熱絲的發(fā)熱 功率，實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)溫度的改變。雙向可控硅是一種半導(dǎo)體器件，又稱為雙向晶閘管，由于它可以實(shí)現(xiàn)雙向 導(dǎo)通，因此管子不存在反向耐壓?jiǎn)栴}，而且簡(jiǎn)化了控制電路，雙向可控硅一般 連接較大功率的用電器，而且一般直接連接在強(qiáng)電網(wǎng)中，因此在應(yīng)用于單片機(jī) 電路中需要將強(qiáng)弱電路隔離，通常都采用光電耦合器將單片機(jī)控制

45、系統(tǒng)與強(qiáng)電 網(wǎng)分開(kāi)，單片機(jī)所發(fā)出的控制信號(hào)通過(guò)光電耦合器傳遞到雙向可控硅的控制極 上，實(shí)現(xiàn)弱電控制強(qiáng)電。為了減小可控硅的驅(qū)動(dòng)功率，在實(shí)際應(yīng)用中雙向可控 硅通常采用過(guò)零觸發(fā)電路，即在交流電壓過(guò)零瞬間觸發(fā)可控硅。由于采用此種 觸發(fā)方式，因此需要對(duì)交流電壓信號(hào)進(jìn)行過(guò)零檢測(cè)的過(guò)零檢測(cè)電路。3.6.1 加熱原件的選擇本設(shè)計(jì)的加熱爐為電加熱爐，采用高性能的加熱電阻作為加熱爐的加熱元 件。根據(jù)設(shè)計(jì)要求加熱爐的溫度控制范圍0c300c,因此本系統(tǒng)選用的加熱元件為：鐵銘鋁高電阻電熱合金。其具體參數(shù)表 3-3所示。表3-3鐵銘鋁電熱合金參數(shù)鐵銘鋁電熱合金品牌上海合金廠型號(hào)gbx t1234-1995材質(zhì)25al5

46、常溫電阻1.42 ( )功率300-180000 (w主要用途加熱產(chǎn)品認(rèn)證gbz t1234-1995最wj耐溫1400 (c)規(guī)格1 (mm鐵銘鋁高電阻電熱合金具有電阻率高、電阻溫度系數(shù)小、使用溫度高的特 點(diǎn)。在高溫下耐腐蝕性好，抗氧化，而且價(jià)格低廉，是工業(yè)電加熱爐理想的發(fā) 熱材料。3.6.2 過(guò)零檢測(cè)電路為了提高效率，使電路中的觸發(fā)脈沖與電網(wǎng)的交流電壓同步，因此在每半 個(gè)周期的過(guò)零瞬間完成對(duì)雙向晶閘管的觸發(fā)，并且觸發(fā)脈沖的電壓大于4v脈沖的寬度應(yīng)大于20%。過(guò)零檢測(cè)電路如圖3-12所示。圖中tpl521-2是光電耦合器，起電氣隔離作用。當(dāng)電網(wǎng)的正弦電壓波形接 近于零時(shí)，電壓低到不足以使得發(fā)

47、光二極管導(dǎo)通，三極管 vt1由于基極偏置電 阻的作用使其導(dǎo)通，將集電極電位從+5v拉到接近于零（實(shí)際為管壓降約為0.3v左右），相當(dāng)于產(chǎn)生了一個(gè)負(fù)脈沖，根據(jù)電路連接形式，集電極接到單片機(jī)的外部中斷0,通過(guò)軟件設(shè)置該中斷的觸發(fā)方式為電平觸發(fā)， 所以當(dāng)出現(xiàn)了電平的跳 變時(shí)，就會(huì)引起中斷，通過(guò)在中斷服務(wù)程序中設(shè)置不同占空比的方波輸出信號(hào) 令其控制雙向可控硅的導(dǎo)通時(shí)間，在一個(gè)周期內(nèi)不同的導(dǎo)通時(shí)間就可以實(shí)現(xiàn)交 流調(diào)壓的功能，進(jìn)而便可以改變加熱絲的加熱功率。在中斷服務(wù)程序中使用定時(shí)器設(shè)置的累計(jì)移相時(shí)間即觸發(fā)角，然后向雙向可控硅發(fā)出同步觸發(fā)信號(hào)圖3-12交流電壓過(guò)零檢測(cè)電路和穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路采用 w7800

48、系列的三端穩(wěn)壓器中的 w7805和w78158,其輸出電 壓為5v和15v,它的三個(gè)引腳分別為輸入端、輸出端和公共端，兩端的電容 c3用于抵消由于輸入線較長(zhǎng)而引起的電感效應(yīng)，用來(lái)防止電路中產(chǎn)生自激震蕩，電容容量一般較小，電容 c4用于消除輸出電壓中的高頻噪聲，其大小一般約為 1彌，也可以幾微法甚至幾十個(gè)微法，這樣可以輸出較大的脈沖電流。 但是如果 容量過(guò)大，若輸入端斷開(kāi)，c4將從穩(wěn)壓器的輸出端向穩(wěn)壓器放電，這樣容易穩(wěn) 壓器受到損壞。因此可以在穩(wěn)壓器的輸入引腳與輸出引腳之間連接一個(gè)二極管， 放電時(shí)電流由輸出端經(jīng)過(guò)二極管流過(guò)，起到保護(hù)穩(wěn)壓器的作用，具體電路連接 形式如圖3-15。3.6.3 過(guò)零觸

49、發(fā)電路在本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路中，由于是由弱電控制強(qiáng)電，而弱電系統(tǒng)又很容易受 到強(qiáng)電的干擾，會(huì)直接影響系統(tǒng)的工作效率和實(shí)時(shí)性，甚至?xí)龤д麄€(gè)單片機(jī) 控制系統(tǒng)，導(dǎo)致不可恢復(fù)的后果，因此必須要在電路中加入抗干擾措施，將強(qiáng) 弱電路隔離。光耦合器是依靠光傳送信號(hào)，切斷了各部件之間電氣的直接聯(lián)系， 從根本上對(duì)強(qiáng)弱電進(jìn)行了隔離，從而可以有效地抑制掉干擾信號(hào)對(duì)弱電系統(tǒng)的 干擾。本設(shè)計(jì)采用 moc30619光電耦合器實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制系統(tǒng)與電網(wǎng)的隔離， 而且它還具有對(duì)可控硅驅(qū)動(dòng)的作用，用來(lái)驅(qū)動(dòng)雙向可控硅thy,電路如圖3-13所示，圖中r9為限流電阻，其阻值由交流電網(wǎng)電壓的峰值 upeak及輸出端的允許 重復(fù)浪涌電流峰

50、值i peak決定，若ac接220v電網(wǎng)i peak為1a,那么，限流電阻 的阻值可由下式確定r9=upeak/i peak=220v2/1a=311 q可取330q的標(biāo)準(zhǔn)電阻。rio為thy的門極電阻，當(dāng)靈敏度較高時(shí)，門極電 阻也較高，并聯(lián)r10可以防止可控硅的誤觸發(fā)，提高電路的抗干擾能力。雙向可控硅具有雙向?qū)ǖ墓δ?，在交流電的正?fù)半周都可以導(dǎo)通。它由 門極g和兩個(gè)主電極。雙向可控硅的通斷由控制極門極g決定，當(dāng)門極無(wú)信號(hào)時(shí)主電極問(wèn)成高阻態(tài)，晶閘管截止；而當(dāng)兩主電極之間加一個(gè)閾值電壓，一般 大于1.5v的電壓時(shí)，就可以利用控制極門極電壓來(lái)使可控硅導(dǎo)通與關(guān)斷。同普 通品閘管的控制極一樣，雙向可

51、控硅的控制極在觸發(fā)完成后便失去了控制作用。 雙向可控硅將維持低阻態(tài)，直到流過(guò)的電流低于維持電流i h,然后再轉(zhuǎn)換到高阻態(tài)。在電源為正弦交流電壓時(shí)，每次電源電壓過(guò)零時(shí)雙向可控硅都會(huì)自動(dòng)截 止，所以雙向可控硅每半個(gè)周期都重新觸發(fā)。當(dāng)單片機(jī)使p1.0引腳輸出一個(gè)負(fù)脈沖時(shí)，三極管 vt2導(dǎo)通，電流流通至 moc3061,光電耦合器接通工作，使得 thy觸發(fā)導(dǎo)通，接通加熱絲。另外，對(duì)于本設(shè)計(jì)考慮到為負(fù)載為加熱絲是一個(gè)感性負(fù)載，負(fù)載電壓與電流不是同相位, 負(fù)載電壓超前電流一個(gè)相位角，即在負(fù)載電流為零時(shí)，負(fù)載電壓不為零，所以 流過(guò)可控硅的電流為零時(shí)，它承受電源的反向電壓和由于電感的自感電動(dòng)勢(shì)的作用兩者之和，

52、其大小可能遠(yuǎn)超過(guò)電源電壓，雖然它正常工作時(shí)具有反向?qū)?的特性，但此時(shí)很容易反向擊穿，造成永久的損壞，因此必須采取措施防止在此種情況下造成的擊穿可能性，電路中采取在雙向可控硅兩極之間并聯(lián)一個(gè)rc阻容吸收電路，它主要用于防止來(lái)自電源傳來(lái)的尖峰電壓，浪涌電壓對(duì)雙向可戶+5vvt2控硅的沖擊和干擾。實(shí)現(xiàn)對(duì)可控硅的保護(hù)。圖中 c5和rii構(gòu)成阻容吸收電路r7/p1.0 j10kr80.5kmoc3061r9res2圖3-13過(guò)零觸發(fā)電路從電路中可以看出單片機(jī)的輸出通道 p1.0通過(guò)采用了 moc3061進(jìn)行驅(qū)動(dòng) 雙向晶閘管有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) 控制簡(jiǎn)單?？捎幂敵龈叩碗娖胶筒煌伎毡鹊牟ㄐ我钥刂萍訜峤z的工

53、 作與否和實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓。(2) moc3061由于采用了過(guò)零觸發(fā)電路，可以簡(jiǎn)化雙向可控硅的觸發(fā)電 路，把對(duì)晶閘管的控制變?yōu)槔脭?shù)字脈沖控制。(3) moc3061與雙向可控硅實(shí)際實(shí)現(xiàn)了無(wú)觸點(diǎn)控制。(4) 輸出通道實(shí)現(xiàn)了光電隔離，防止了強(qiáng)弱電電路間的干擾。(5) 輸出通道用p1.0直接控制雙向可控硅，省去了的 d/a轉(zhuǎn)換電路，大 大簡(jiǎn)化了接口電路。第四章 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第四章軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1 主程序流程圖圖4-1主程序流程圖整個(gè)設(shè)計(jì)的具體軟件流程為：首先調(diào)用初始化 t0子程序和完成對(duì)8255的 三個(gè)并行i/o 口的工作方式，然后，完成對(duì)鍵盤的掃描，根據(jù)工作人員輸入的溫 度設(shè)定值并按下確定鍵以后，將輸入的數(shù)字送入顯示緩沖區(qū)，并調(diào)用顯示，顯 示出該設(shè)定值，通過(guò)給p1 口一個(gè)數(shù)值，利用數(shù)據(jù)選擇器選擇壓力傳感器得來(lái)的 那一路模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并根據(jù)壓力信號(hào)處理子程序確定當(dāng)加熱溫度達(dá) 到溫度設(shè)定值的時(shí)候，需要維持的加熱時(shí)間；再通過(guò) p1 口使數(shù)據(jù)選擇器選擇熱 電偶模擬信號(hào)的輸入進(jìn)行