畢業(yè)設(shè)計(jì)熱處理爐的溫度控制系統(tǒng)

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目：熱處理爐的溫度控制系統(tǒng)專業(yè)年級(jí)： 機(jī)電08-2班 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 0801070221 指導(dǎo)教師： 完成時(shí)間： 2011 年 6 月 15 日 專科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語(yǔ)學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)：0801070221學(xué) 院：哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院 專業(yè)：機(jī)電一體化技術(shù)任務(wù)起止時(shí)間： 2011 年3月 14 日至 2011 年 6 月24 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：熱處理爐的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的評(píng)語(yǔ)：指導(dǎo)教師簽名： 指導(dǎo)教師職稱： 評(píng)閱教師對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的評(píng)語(yǔ)：評(píng)閱教師簽名： 評(píng)閱教師職稱： 答辯委員會(huì)對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的評(píng)語(yǔ)：答辯委員會(huì)評(píng)定，該生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文

2、）成績(jī)?yōu)椋?答辯委員會(huì)主席簽名： 職稱： 年 月 日 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)：0801070221學(xué) 院：哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院 專業(yè)：機(jī)電一體化技術(shù)任務(wù)起止時(shí)間： 2011 年 3 月 14 日至 0211 年 6 月 24 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：熱處理爐的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)工作內(nèi)容：1. 構(gòu)建實(shí)驗(yàn)電路；2. 通過(guò)單片機(jī)c語(yǔ)言編程；3. 上位機(jī)顯示； 4. 調(diào)試資料：1. 陳明熒8051單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教材清華大學(xué)出版社，2004 ：20302. 胡漢才單片機(jī)原理及其接口技術(shù)清華大學(xué)出版社，1995 ：8113. 徐淑華單片機(jī)微型機(jī)原理及應(yīng)用哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版

3、社，1994 ：:3040指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 簽名：年 月 日系主任意見(jiàn)：簽名：年 月 日29目錄第一章 緒論11.1 溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展11.2 溫度控制系統(tǒng)的原理11.3 總體設(shè)計(jì)方案1第二章 硬件的設(shè)計(jì)32.1 溫度檢測(cè)和變送器32.2 溫度控制電路32.3 a/d轉(zhuǎn)換電路42.4 報(bào)警電路62.5 看門狗電路62.6 電源電路8第三章 軟件的設(shè)計(jì)103.1 軟件實(shí)現(xiàn)方法103.2 總體程序流程圖113.2.1主程序框圖113.2.2中斷服務(wù)程序框圖123.3 程序清單143.3.1 報(bào)警電路子程序143.3.2 鍵盤(pán)顯示管理程序143.3.3 a/d轉(zhuǎn)換程序163.3.4 溫度檢測(cè)子

4、程序163.3.5 溫度控制子程序163.3.6 看門狗電路子程序17第四章 結(jié)論18參考文獻(xiàn)19致謝20附錄21第一章 緒論1.1 溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展機(jī)械制造行業(yè)中，用于金屬熱處理的加熱爐，需要消耗大量的電能，而且溫度控制是純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有企業(yè)多采用常規(guī)儀表加接觸器的斷續(xù)控制，隨著科技進(jìn)步和生產(chǎn)的發(fā)展，這類設(shè)備對(duì)溫度的控制要求越來(lái)越高，除控溫精度外，對(duì)溫度上升速度及下降速度也提出了可控要求，顯而易見(jiàn)常規(guī)控制難于滿足這些工藝要求。隨著微電子技術(shù)及電力電子技術(shù)的發(fā)展，采用功能強(qiáng)、體積小、價(jià)格低的智能化溫度控制裝置控制加熱爐已成為現(xiàn)實(shí)。自動(dòng)控制系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域尤其是工業(yè)領(lǐng)域中有著及其

5、廣泛的應(yīng)用，溫度控制是控制系統(tǒng)中最為常見(jiàn)的控制類型之一。隨著單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，通過(guò)單片機(jī)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制日益成為今后自動(dòng)控制領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開(kāi)關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。對(duì)工件的處理溫度要求嚴(yán)格控制，計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)使溫度控制指標(biāo)得到了大幅度提高。采用mcs-51單片機(jī)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能

6、夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對(duì)溫度的控制問(wèn)題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題。1.2 溫度控制系統(tǒng)的原理由于處理的金屬材料多種多樣工藝各不相同，熱處理爐本身參數(shù)有很大差距。因此設(shè)計(jì)中采用pc機(jī)管理熱處理爐系統(tǒng)參數(shù)庫(kù)和材料工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，熱處理爐系統(tǒng)參數(shù)庫(kù)存儲(chǔ)爐的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，主要是在每個(gè)工作點(diǎn)的過(guò)沖量，該量來(lái)自多點(diǎn)校準(zhǔn)值，然后擬合成曲線。材料工藝數(shù)據(jù)庫(kù)是指材料熱處理過(guò)程中，在一些設(shè)定溫度點(diǎn)的保溫時(shí)間，也就是熱處理的溫度。1.3 總體設(shè)計(jì)方案畢業(yè)設(shè)計(jì)題目為熱處理爐的溫度控制系統(tǒng)。 技術(shù)要求：1.設(shè)定溫度范圍為0999 2.溫度顯示為0999 3.到設(shè)定溫度報(bào)警熱處理爐爐溫控制系統(tǒng)的控制過(guò)

7、程是：?jiǎn)纹瑱C(jī)定時(shí)對(duì)爐溫進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換芯片得到相應(yīng)的數(shù)字量，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，得到應(yīng)有的控制量，去控制加熱功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。如下圖所示：圖1-1 熱處理爐爐溫控制系統(tǒng)的控制過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮如下問(wèn)題：1.爐溫變化規(guī)律的控制，即爐溫按預(yù)定的溫度時(shí)間關(guān)系變化。 2.溫度控制范圍：如01000，這就涉及到測(cè)溫元件、電爐功率的選擇等。3.控制精度、超調(diào)量等指標(biāo)，這涉及到a/d轉(zhuǎn)換精度、控制規(guī)律選擇等。溫控系統(tǒng)主要由溫度傳感器、溫度調(diào)節(jié)儀、執(zhí)行裝置、被控對(duì)象四個(gè)部分組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1-1所示。被控制對(duì)象是大容量、大慣性的電熱爐溫度對(duì)象，是典型的多階容積遲后特性，在工程上

8、往往近似為包含有純滯后的二階容積遲后；由于被控對(duì)象電容量大，通常采用可控硅作調(diào)節(jié)器的執(zhí)行器。調(diào)節(jié)加熱爐的溫度，在工業(yè)上是通過(guò)在設(shè)定周期范圍內(nèi)，將電路接通幾個(gè)周波，然后斷開(kāi)幾個(gè)周波，改變晶閘管在設(shè)定周期內(nèi)通斷時(shí)間的比例，來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載兩端交流平均電壓即負(fù)載功率，這就是通常所說(shuō)的調(diào)功器或周波控制器；調(diào)功器是在電源電壓過(guò)零時(shí)觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通的，所以負(fù)載上得到的是完整的正弦波，調(diào)節(jié)的只是設(shè)定周期tc內(nèi)導(dǎo)通的電壓周波。設(shè)周期tc內(nèi)導(dǎo)通的周期的波數(shù)為n，每個(gè)周波的周期為t，則調(diào)功器的輸出功率為p=ntpn/tc，pn為設(shè)定周期tc內(nèi)電壓全通過(guò)時(shí)裝置的輸出功率。第二章 硬件的設(shè)計(jì)2.1 溫度檢測(cè)和變送器 溫度檢測(cè)

9、元件和變送器的類型選擇與被控溫度的范圍和精度等級(jí)有關(guān)。鎳鉻/鎳鋁熱電偶傳感器適用于0-1000的溫度檢測(cè)范圍，相應(yīng)輸出電壓為0mv-41.32mv。變送器由毫伏變送器和電流/電壓變送器組成：毫伏變送器用于把熱電偶輸出的0mv-41.32mv變換成4ma-20ma的電流；電流/電壓變送器用于把毫伏變送器輸出的4ma-20ma電流變換成0-5v的電壓。 為了提高測(cè)量精度，變送器可以進(jìn)行零點(diǎn)遷移。例如：若溫度測(cè)量范圍為500-1000，則熱電偶輸出為20.6mv-41.32mv，毫伏變送器零點(diǎn)遷移后輸出4ma-20ma范圍電流。這樣，采用8位a/d轉(zhuǎn)換器就可使量化溫度達(dá)到1.96以內(nèi)。2.2 溫度控

10、制電路圖2-1 調(diào)溫電路8051對(duì)溫度的控制是通過(guò)雙向可控硅實(shí)現(xiàn)的。如圖2-1所示，雙向可控硅管和加熱絲串接在交流220v、50hz式電回路。在給定周期t內(nèi)，8051只要改變可控硅管的接通時(shí)間即可改變加熱絲的功率，以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。 可控硅接通時(shí)間可以通過(guò)可控硅控制極上觸發(fā)脈沖控制。該觸發(fā)脈沖由8051用軟件在p2.1引腳上產(chǎn)生，在過(guò)零同步脈沖同步后經(jīng)光電耦合管和驅(qū)動(dòng)器輸出送到可控硅的控控制系統(tǒng)的制極上。2.3 a/d轉(zhuǎn)換電路adc0809是一種比較典型的8位8通道逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器，cmos工藝，可實(shí)現(xiàn)8路模擬信號(hào)的分時(shí)采集，片內(nèi)有8路模擬選通開(kāi)關(guān)，以及相應(yīng)的通道地址鎖存用譯碼電路，

11、其轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s左右，采用雙排28引腳封裝，其主要性能指標(biāo)如下：1、分辨率為8位二進(jìn)制數(shù)；2、電壓范圍在0+5v，對(duì)應(yīng)a/d值00hffh；3、每路a/d轉(zhuǎn)換完成時(shí)間100ms;4、可分時(shí)進(jìn)行8路a/d轉(zhuǎn)換；5、工作頻率500khz（本電路由8051ale端輸出經(jīng)4分頻后得到）。引腳功能如下：in0in7：8路0+5v模擬電壓輸入（用in0端）；db7db0：8位數(shù)字輸出線，輸出8位a/d轉(zhuǎn)換值；stast：?jiǎn)?dòng)a/d轉(zhuǎn)換端；eoc：a/d轉(zhuǎn)換完成端；oe：允許數(shù)字量輸出信號(hào)；clock：時(shí)鐘500khz；add a、b、c：in0in7地址選擇線；ale：地址鎖存允許輸入信號(hào)。a/d轉(zhuǎn)換

12、器0809與放大電路連接較簡(jiǎn)單，運(yùn)放接成比例放大形式，放大倍數(shù)可調(diào)，總體a/d轉(zhuǎn)換與8051接口電路如下：、圖2-2總體a/d轉(zhuǎn)換與8051接口電路2.4 報(bào)警電路報(bào)警電路的作用主要是在溫度超過(guò)規(guī)定的溫度或低于下限溫度或達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，報(bào)警子程序就會(huì)控制報(bào)警信號(hào)的輸出，溫度低于或高于規(guī)定的溫度范圍以及達(dá)到規(guī)定的溫度時(shí)，音頻裝置就會(huì)發(fā)出不同頻率的告警信號(hào)，同時(shí)相應(yīng)的led顯示，到底是高了還是低了，以便與自動(dòng)調(diào)節(jié)。報(bào)警電路如下圖： 圖2-3 報(bào)警電路2.5 看門狗電路計(jì)算機(jī)看門狗控制卡是為了使計(jì)算機(jī)或工控機(jī)在系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，能自動(dòng)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行重新啟動(dòng)，使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行，保證系統(tǒng)24小時(shí)不間斷正

13、常工作。該控制卡可運(yùn)用于無(wú)人職守的場(chǎng)所。像采用計(jì)算機(jī)作為存儲(chǔ)設(shè)備的數(shù)字硬盤(pán)錄像系統(tǒng)，公路卡口監(jiān)控記錄設(shè)備等。特點(diǎn)：1 可固定在計(jì)算機(jī)內(nèi)部并且不占用計(jì)算機(jī)任何插槽。2 借電方便，可利用計(jì)算機(jī)本身的軟驅(qū)電源接口。3 通過(guò)計(jì)算機(jī)并口或者串口跟計(jì)算機(jī)通訊。4 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)發(fā)生死機(jī)后，30秒（時(shí)間可設(shè)置）內(nèi)控制卡控制計(jì)算機(jī)重新啟動(dòng)。5 控制卡內(nèi)有信號(hào)燈，在正常工作時(shí)有頻率穩(wěn)定持續(xù)的燈光閃動(dòng)。6 提供開(kāi)發(fā)控件，可啟動(dòng)看門狗功能、停止看門狗功能、設(shè)置串口還是并口。7 有兩種型號(hào)的控制卡，有自帶rs232轉(zhuǎn)485的功能的控制卡?，F(xiàn)以max706監(jiān)控電路(見(jiàn)圖2-3)為例說(shuō)明“看門狗”硬件電路的工作過(guò)程，我們

14、知道，max706是一種性能優(yōu)良的低功耗cmos監(jiān)控電路芯片，其內(nèi)部電路由上電復(fù)位、可重觸發(fā)“看門狗”定時(shí)器及電壓比較器等組成。max706只要在1.6秒時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到wci引腳有高低電平跳變信號(hào)，則“看門狗”定時(shí)器清零并重新開(kāi)始計(jì)時(shí)；若超出1.6秒后，wci引腳仍無(wú)高低電平跳變信號(hào)，則“看門狗”定時(shí)器溢出，wdo引腳輸出低電平，進(jìn)而觸發(fā)mr手動(dòng)復(fù)位引腳，使mac706復(fù)位，從而使“看門狗”定時(shí)器清零并重新開(kāi)始計(jì)時(shí)，wdo引腳輸出高電平，max706的rst復(fù)位輸出引腳輸出大約200毫秒寬度的低電平脈沖，使單片機(jī)控制系統(tǒng)可靠復(fù)位，重新投入正常運(yùn)行。圖2-4 max706監(jiān)控電路2.6顯示電路圖2

15、-4 單片機(jī)與顯示器的接口電路圖2.7 電源電路本模塊將交流 220v輸入電壓變?yōu)?組直流電壓，其中5v電壓為cpu等數(shù)字電路提供電源；15v電壓為運(yùn)放等模擬芯片提供電源；24v電壓為溫度變送器提供電源。 220v市電經(jīng)變壓器輸出兩組獨(dú)立的25v交流，橋堆整流，大電容濾波得到 + 35v直流，再加一個(gè)0.1uf小電容濾出電源中的高頻分量?？紤]到制作過(guò)程中電源空載似的電容放電可在輸出電容并上1k大功率電阻。另外這組直流還要給7812、7912來(lái)獲得 + 12v。電源模塊如圖2-5，圖2-6。 、圖2-5 5v直流穩(wěn)壓源電路圖2-7 + 12v/24v直流穩(wěn)壓源的原理電路第三章 軟件的設(shè)計(jì)3.1

16、軟件實(shí)現(xiàn)方法根據(jù)熱處理爐在上電復(fù)位后先處于停止加熱狀態(tài)，這時(shí)可以用“+1”鍵設(shè)定預(yù)置溫度，顯示器顯示預(yù)定溫度；溫度設(shè)定好后就可以按啟動(dòng)鍵啟動(dòng)系統(tǒng)工作了。溫度檢測(cè)系統(tǒng)不斷定時(shí)檢測(cè)當(dāng)前溫度，并送往顯示器顯示，達(dá)到預(yù)定值后停止加熱并顯示當(dāng)前溫度；當(dāng)溫度下降到下限（比預(yù)定值低3）時(shí)再啟動(dòng)加熱。這樣不斷重復(fù)上述過(guò)程，使溫度保持在預(yù)定溫度范圍之內(nèi)。啟動(dòng)后不能再修改預(yù)置溫度，必須按復(fù)位/停止鍵回到停止加熱狀態(tài)再重新設(shè)定預(yù)置溫度。爐溫控制是這樣一個(gè)反饋調(diào)節(jié)過(guò)程，比較實(shí)際爐溫和需要爐溫得到偏差，通過(guò)對(duì)偏差的處理獲得控制信號(hào)，去調(diào)節(jié)電阻爐的熱功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制。按照偏差的比例、積分和微分產(chǎn)生控制作用（pi

17、d控制），是過(guò)程控制中應(yīng)用最廣泛的一種控制形式。系統(tǒng)控制程序采用兩重中斷嵌套方式設(shè)計(jì)。首先使t0計(jì)數(shù)器產(chǎn)生定時(shí)中斷，作為本系統(tǒng)的采樣周期。在中斷服務(wù)程序中啟動(dòng)a/d，讀入采樣數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)字濾波、上下限報(bào)警處理，pid計(jì)算，然后輸出控制脈沖信號(hào)。脈沖寬度由t1計(jì)數(shù)器溢出中斷決定。在等待t1中斷時(shí)，將本次采樣值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度值放入顯示緩沖區(qū)，然后調(diào)用顯示子程序。從t1中斷返回后，再?gòu)膖0中斷返回主程序并且、繼續(xù)顯示本次采樣溫度，等待下次t0中斷。1)二位式調(diào)節(jié)-它只有開(kāi)、關(guān)兩種狀態(tài)，當(dāng)爐溫低于限給定值時(shí)執(zhí)行器全開(kāi)；當(dāng)爐溫高于給定值時(shí)執(zhí)行器全閉。（執(zhí)行器一般選用接觸器）2）三位式調(diào)節(jié)-它有上下限兩

18、個(gè)給定值，當(dāng)爐溫低于下限給定值時(shí)招待器全開(kāi)；當(dāng)爐溫在上、下限給定值之間時(shí)執(zhí)行器部分開(kāi)啟；當(dāng)爐溫超過(guò)上限給定值時(shí)執(zhí)行器全閉。3）比例調(diào)節(jié)（p調(diào)節(jié)）-調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)（m）和偏差輸入（e）成比例。即：m=ke。式中：k-比例系數(shù)比例調(diào)節(jié)器的輸入、輸出量之間任何時(shí)刻都存在-對(duì)應(yīng)的比例關(guān)系，因此爐溫變化經(jīng)比例調(diào)節(jié)達(dá)到平衡時(shí)，爐溫不能加復(fù)到給定值時(shí)的偏差-稱“靜差”4）比例積分（pi）調(diào)節(jié)-為了“靜差”，在比例調(diào)節(jié)中添加積分（i）調(diào)節(jié)積分，調(diào)節(jié)是指調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)與偏差存在隨時(shí)間的增長(zhǎng)而增強(qiáng)，直到偏差消除才無(wú)輸出信號(hào)，故能消除“靜差”比例調(diào)節(jié)和積分調(diào)節(jié)的組合稱為比例積分調(diào)節(jié).5) 比例積分微分（pid）

19、調(diào)節(jié)-比例積分調(diào)節(jié)會(huì)使調(diào)節(jié)過(guò)程增長(zhǎng)，溫度的波動(dòng)幅值增大，為此再引入微分（d）調(diào)節(jié)。微分調(diào)節(jié)是指調(diào)節(jié)器的輸出與偏差對(duì)時(shí)間的微分成比例，微分調(diào)節(jié)器在溫度有變化“苗頭”時(shí)就有調(diào)節(jié)信號(hào)輸出，變化速度越快、輸出信號(hào)越強(qiáng)，故能加快調(diào)節(jié)速度，降低溫度波動(dòng)幅度，比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)和微分調(diào)節(jié)的組合稱為比例積分微分調(diào)節(jié)。（一般采用晶閘管調(diào)節(jié)器為執(zhí)行器）。根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況，這種控溫方法，精度比較高，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)的實(shí)際需要。主要設(shè)備:熱電偶或熱電阻,智能pid溫控儀,可控硅觸發(fā)調(diào)功器等。3.2 總體程序流程圖溫度控制程序的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如下：1）鍵盤(pán)掃描、鍵碼識(shí)別和溫度顯示；2）爐溫采樣、數(shù)字濾波；3）數(shù)

20、據(jù)處理；4）越限報(bào)警和處理；5）pid計(jì)算、溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換3.2.1主程序框圖主程序包括8051本身的初始化等等。大體說(shuō)來(lái)，本程序包括設(shè)置有關(guān)標(biāo)志、暫存單元和顯示緩沖區(qū)清零、t0初始化、cpu開(kāi)中斷、溫度顯示和鍵盤(pán)掃描程序主程序：在主程序中首先給定pid算法的參數(shù)值,然后通過(guò)循環(huán)顯示當(dāng)前溫度,并且設(shè)定鍵盤(pán)外部中斷為最高優(yōu)先級(jí),以便能實(shí)時(shí)響應(yīng)鍵盤(pán)處理;軟件設(shè)定定時(shí)器t0為5秒定時(shí),在無(wú)鍵盤(pán)響應(yīng)時(shí)每隔5秒響應(yīng)一次,以用來(lái)采集經(jīng)過(guò)ad轉(zhuǎn)換的溫度信號(hào);設(shè)定定時(shí)器t1為嵌套在t0之中的定時(shí)中斷,初值由pid算法子程序提供。在主程序中必須分配好每一部分子程序的起始地址,形式如下： org 0000h ajm

21、p main org 0003h ajmp into org 000bh ajmp tt0 org 001bh ajmp tt13.2.2中斷服務(wù)程序框圖t0中斷服務(wù)程序是溫度控制系統(tǒng)的主體程序，用于啟動(dòng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、讀入采樣數(shù)據(jù)、數(shù)字濾波、越限溫度報(bào)警和越限處理、pid計(jì)算和輸出可控硅的觸發(fā)脈沖等。p1.3引腳上輸出的該同步觸發(fā)脈沖寬度由t1計(jì)數(shù)器的溢出中斷控制，8051利用等待t1溢出中斷的空閑時(shí)間（形成p1.3輸出脈沖頂寬）完成把本次采樣值轉(zhuǎn)換成顯示值而放入顯示單元緩沖區(qū)和調(diào)用溫度顯示程序。8051從t1中斷服務(wù)程序返回后即可恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)和返回主程序。系統(tǒng)軟件采用中斷方式編程，主要部分是時(shí)鐘

22、中斷程序，主要由輸入處理程序、控制算法程序、顯示處理、輸出處理和自診斷程序等組成。儀表通電啟動(dòng)后，初始化程序進(jìn)行時(shí)間給定，每隔500ms時(shí)鐘中斷一次，中斷后進(jìn)入時(shí)鐘中斷處理。對(duì)于純滯后，大慣性環(huán)節(jié)控制對(duì)象，一般采用積分分離pid控制算法。在一般的pid控制中，當(dāng)系統(tǒng)有較大的擾動(dòng)或設(shè)定值較大幅度提降時(shí)，由于偏差較大及系統(tǒng)存在慣性和滯后，在積分項(xiàng)的作用下，會(huì)產(chǎn)生較大的超調(diào)和長(zhǎng)時(shí)間波動(dòng)，在溫度緩慢變化過(guò)程中這一現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，為此采用積分分離措施，即在偏差較大時(shí)，取消積分作用，偏差較小時(shí)，才將積分作用投入。 3.3 程序清單3.3.1 報(bào)警電路子程序a)子程序框圖b)報(bào)警子程序見(jiàn)附錄3.3.2 鍵盤(pán)顯

23、示管理程序?yàn)榱耸?279具有合適的鍵盤(pán)、顯示功能，首先要對(duì)芯片初始化?？蛇m當(dāng)?shù)靥暨x8279的控制字，例如：使8279具有8位顯示、右端輸入、編碼鍵盤(pán)、雙鍵鎖定時(shí)可選控制字10h.這時(shí)每次按鍵都將產(chǎn)生鍵特征碼，并且存放在fiforom中，同時(shí)使8279的irq引腳變?yōu)楦唠娖剑勺鳛橄騝pu申請(qǐng)中斷信號(hào)，如果cpu是中斷開(kāi)放的，則轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序，可在中斷服務(wù)程序中讀取特征碼。每當(dāng)cpu讀取fiforom中的數(shù)據(jù)后，8279自動(dòng)撤消irq信號(hào)，irq引腳變?yōu)榈碗娖?。cpu返回主程序后，可由鍵特征碼來(lái)決定程序的流向。問(wèn)題是，當(dāng)cpu從8279的fiforom中讀取鍵特征碼后，irq雖然恢復(fù)底電平，但

24、fiforom中的數(shù)據(jù)并沒(méi)有消失，仍保存在里面，這時(shí)即使使用對(duì)改8279清除的指令d3h，也不能將fiforom中的數(shù)改變，只有按其它鍵才能改變fiforom中的數(shù)據(jù)，因這樣是無(wú)法實(shí)現(xiàn)按鈕功能的。為了使鍵盤(pán)具有按鈕功能，應(yīng)該利用8279的傳感方式功能，在傳感器方式中，8279每當(dāng)檢測(cè)到傳感狀態(tài)變化時(shí)，irq就變?yōu)楦唠娖?，圖1是以8051cpu構(gòu)成的系統(tǒng)為例，說(shuō)明irq引腳電平的翻新過(guò)程。 8279的irq端經(jīng)反相器接到8051的int1端(即p3.3引腳)。先將8279設(shè)置成編碼鍵盤(pán)，允許int1中斷，當(dāng)鍵按下時(shí)，反相器輸出低電平，cpu進(jìn)入中斷服務(wù)程序，讀取鍵特征碼后，又為高電平。返回主程序

25、后，轉(zhuǎn)向功能程序（例如調(diào)模進(jìn)）。輸出控制信號(hào)（例如p1.0為“1”時(shí)調(diào)模進(jìn)電磁閥得電）后，將8279設(shè)置為傳感器方式，并且不允許int1中斷，然后調(diào)試p3.3是否為低電平。如果按鍵松開(kāi)，8279將測(cè)出傳感器狀態(tài)發(fā)生變化，而使irq由低電平轉(zhuǎn)為高電平。也就是說(shuō)p3.3腳為低電平時(shí)，按鍵已經(jīng)松開(kāi)，程序重新設(shè)置8279為編碼鍵盤(pán)，int1中斷開(kāi)放，以便使鍵盤(pán)脫離按鈕功能。鍵值,由8279的行掃描信號(hào)(sl0-sl3)與列信號(hào)(rl0-rl4)組成,不同組合的矩陣將得到不同鍵,但 在同一矩陣中不會(huì)有相同的鍵值,這對(duì)初學(xué)者編制鍵顯示程序大為方便。下表是通用鍵盤(pán)板鍵值: 名稱 0 1 2 3 4 5 6

26、7 8 9 鍵值 c1 c8 c9 d0 d8 e0 c2 ca d1 d9 名稱 狀態(tài)切換 清除 鍵值 da c3 a)判定有無(wú)閉合鍵的子程序見(jiàn)附錄b)鍵盤(pán)掃描程序如前所述，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常常是鍵盤(pán)和顯示器同時(shí)存在，因此可以把鍵盤(pán)掃描程序和顯示程序配合起來(lái)使用，即：把顯示程序作為鍵掃描程序的延時(shí)子程序。這樣做既省去了一個(gè)專門的延時(shí)子程序，又能保證顯示器常亮的可觀效果。假定本系統(tǒng)中顯示程序?yàn)閐ir，執(zhí)行時(shí)間約為6ms。3.3.3 a/d轉(zhuǎn)換程序見(jiàn)附錄3.3.4 溫度檢測(cè)子程序圖3-1：溫度檢測(cè)子程序流程圖a/d轉(zhuǎn)換采用查詢方式。為提高數(shù)據(jù)采樣的可靠性，對(duì)采樣溫度進(jìn)行數(shù)字濾波。數(shù)字濾波的算法

27、很多，這里采用4次采樣取平均值的方法。如前所述，本系統(tǒng)a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果乘2正好是溫度值，因此，4次采樣的數(shù)字量之和除以2就是檢測(cè)的當(dāng)前溫度。檢測(cè)結(jié)果高位存入50h，低位存入51h。溫度檢測(cè)子程序流程圖如圖3-1所示。3.3.5 溫度控制子程序?qū)?dāng)前溫度與預(yù)置溫度比較，當(dāng)前溫度小于預(yù)置溫度時(shí)，繼電器閉合，接通電阻絲加熱；當(dāng)前溫度大于預(yù)置溫度時(shí)，繼電器斷開(kāi)，停止加熱；當(dāng)二者相等時(shí)電爐保持原來(lái)狀態(tài)；當(dāng)前溫度降低到比預(yù)置溫度低5時(shí)，再重新啟動(dòng)加熱；當(dāng)前溫度超出報(bào)警上下限時(shí)將啟動(dòng)報(bào)警，并停止加熱。由于電爐開(kāi)始加熱時(shí)，當(dāng)前溫度可能低于報(bào)警下限，為了防止誤報(bào)，在未達(dá)到預(yù)置溫度時(shí)，不允許報(bào)警，為此設(shè)置了報(bào)警允許

28、標(biāo)志f0。3.3.6 看門狗電路子程序 見(jiàn)附錄這樣，在整個(gè)用戶程序中只唯一的一對(duì)指令（setbp1.7及clr p1.7）能使“看門狗”定時(shí)器復(fù)位。也就是說(shuō)不會(huì)有任何“非法”的指令能使“看門狗”定時(shí)器誤復(fù)位，致使系統(tǒng)已經(jīng)“死機(jī)”而“看門狗”失效。當(dāng)然，對(duì)對(duì)沒(méi)有中斷的用戶系統(tǒng)，只需將清零指令（clr p1.7）也插在主程序中就可以了；對(duì)于有多種中斷的用戶系統(tǒng)，如果沒(méi)有中斷嵌套，則清零指令（clr p1.7）可以插在任一個(gè)中斷子程序中，而在主程序中適當(dāng)加入一些有關(guān)中斷的冗余指令（如setb et0等），以免因有關(guān)中斷的特殊功能寄存器數(shù)據(jù)受到干擾時(shí)導(dǎo)致中斷功能失效；對(duì)于有二級(jí)中斷嵌套的用戶系統(tǒng)，清零

29、指令（clr p1.7）可以插在中斷種數(shù)比較多的那一級(jí)中的任一個(gè)中斷子程序中，插有“喂狗”指令的那一級(jí)中斷系統(tǒng)將會(huì)受到“看門狗”的保護(hù)，而另一級(jí)中斷系統(tǒng)如果失效，“看門狗”是“無(wú)動(dòng)于衷”的，這時(shí)只能盡量減少這種中斷子程序的執(zhí)行時(shí)間以減少受到干擾的可能性。如果二級(jí)中斷嵌套系統(tǒng)者受到“看門狗”的保護(hù)，就必需設(shè)計(jì)一個(gè)非常復(fù)雜的“看門狗”電路，其“喂狗”指令要由三部分來(lái)保證各個(gè)部分都能正常工作，需要說(shuō)明的是，如果主程序運(yùn)行一次的時(shí)間（包括可能被中斷的時(shí)間）超過(guò)1.6秒，則要適當(dāng)再插入一條setb第四章 結(jié)論本文的溫度控制系統(tǒng)，只是單片機(jī)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中的一例，通過(guò)本次設(shè)計(jì)，使我進(jìn)一步熟悉了一個(gè)系統(tǒng)

30、的設(shè)計(jì)過(guò)程。 mcs-51單片機(jī)，體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，可靠性高，靈活性好，即使是非電子計(jì)算機(jī)專業(yè)人員，通過(guò)學(xué)習(xí)一些專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)以后也能依靠自己的技術(shù)力量，來(lái)開(kāi)發(fā)所希望的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。在抗干擾技術(shù)中，為了提高抗干擾技術(shù)中我們應(yīng)盡量做到以下幾點(diǎn)：1. 切斷干擾傳播路徑的常用措施如下：充分考慮電源對(duì)單片機(jī)的影響，如果單片機(jī)的i/o口用來(lái)控制電機(jī)等噪聲器件，在i/o口與噪聲源之間應(yīng)加隔離（增加形濾波電路）。 控制電機(jī)等噪聲器件，在i/o口與噪聲源之間應(yīng)加隔離（增加形濾波 電路），電路板合理分區(qū)，如強(qiáng)、弱信號(hào)，數(shù)字、模擬信號(hào)等。2.抑制干擾源：抑制干擾源就是盡可能的

31、減小干擾源的du/dt，di/dt。這是抗干擾設(shè)計(jì)中最優(yōu)先考慮和最重要的原則，常常會(huì)起到事半功倍的效果。 減小干擾源的du/dt主要是通過(guò)在干擾源兩端并聯(lián)電容來(lái)實(shí)現(xiàn)。減小干擾源的 di/dt則是在干擾源回路串聯(lián)電感或電阻以及增加續(xù)流二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)3. 提高敏感器件的抗干擾性能：提高敏感器件的抗干擾性能是指從敏感器件這邊考慮盡量減少對(duì)干擾噪聲 的拾取，以及從不正常狀態(tài)盡快恢復(fù)的方法，例如：布線時(shí)盡量減少回路環(huán)的面積，以降低感應(yīng)噪聲?；虿季€時(shí)，電源線和地線要盡量粗。除減小壓降外，更重要的是降低耦合噪聲等。由于時(shí)間緊迫，對(duì)針對(duì)每個(gè)細(xì)節(jié)的考慮不是太周到，但我基本上是實(shí)現(xiàn)的溫度控制系統(tǒng)的智能化管理，對(duì)我以

32、后到企業(yè)提供了一定的基礎(chǔ)，通過(guò)這次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，我不僅加深了對(duì)單片機(jī)理論的理解，將理論很好地應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中去，而且我還學(xué)會(huì)了如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。創(chuàng)新可以是在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，使之功能不斷完善，成為真己的東西。設(shè)計(jì)結(jié)果能夠符合題意，成功完成了此次設(shè)計(jì)要求，我不只在乎這一結(jié)果，更加在乎的是這個(gè)過(guò)程。這個(gè)過(guò)程中，花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力，更重要的是，我在學(xué)會(huì)創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，同時(shí)還懂得合作精神的重要性，學(xué)會(huì)了與他人合作。參考文獻(xiàn)1. 陳明熒8051單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教材清華大學(xué)出版社，2004 ：20302. 胡漢才單片機(jī)原理及其接口技術(shù)清華大學(xué)出版社，1995

33、：8113. 徐淑華單片機(jī)微型機(jī)原理及應(yīng)用哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1994 ：:30404. 劉復(fù)華8098單片機(jī)及其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)清華大學(xué)出版社,1991 ：50705. 趙文忠，程啟明微機(jī)控制技術(shù)機(jī)械工業(yè)出版社,1993 ：30406. 張友德等單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)踐復(fù)旦大學(xué)出版社，1992 :20307. 李華mcs-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)北京航空航天大學(xué)出版社，1993 :60708. 李秉操等單片機(jī)接口技術(shù)及其在工業(yè)控制中的應(yīng)用陜西電子編輯部，1991 :70809. 陳鍵鐸8098單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)電子工業(yè)出版社，1995 :405010. 孫和平等單片微機(jī)原理及接口技術(shù)冶金

34、工業(yè)出版社， 2003 :3040致謝三年的大學(xué)生活即將結(jié)束，在這里幾年我學(xué)到了很多東西。首先，向哈理工榮成學(xué)院機(jī)械系的各位老師表示感謝。你們不只傳授了我知識(shí)，而且告訴了我很多為人處世的道理，這些道理將對(duì)我以后的人起到很好的指導(dǎo)作用。通過(guò)對(duì)熱處理爐的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在學(xué)習(xí)與設(shè)計(jì)過(guò)程中，了解所設(shè)計(jì)工程的工藝流程，從而完成了對(duì)熱處理爐的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，同時(shí)，對(duì)于溫度控制系統(tǒng)，也知道了一些周邊技術(shù)，擴(kuò)充了知識(shí)面，增強(qiáng)對(duì)工藝的理解。本文的構(gòu)思、規(guī)劃設(shè)計(jì)撰寫(xiě)得到了宋鳴老師的悉心指導(dǎo)，在論文設(shè)計(jì)時(shí)給予熱心的指導(dǎo)以幫助，他學(xué)識(shí)淵博、敏銳的學(xué)術(shù)洞察力、認(rèn)真的工作態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)、平易近人的為人風(fēng)格

35、給予我深刻的印象，是我受益匪淺在此向劉天華表示誠(chéng)摯的謝意。值此論文完成之際，謹(jǐn)向所有曾為我?guī)椭椭笇?dǎo)老師、同學(xué)和朋友們致以中心的感謝！附錄報(bào)警子程序：flagbit 00horg 00hstart:jb p1.7,startjnb flag,nextmov r2,#200dv:cpl p2.2lcall dely500lcall dely500djnz r2,dvcpl flagnext:mov r2,#200dv1:cpl p1.0lcall dely500djnz r2,dv1cpl flagsjmp startdely500: mov r7,#250loop: nop djnz r7,l

36、oop ret end鍵盤(pán)顯示管理程序：org 0000h mov dptr,#7000h ; 指向8279數(shù)據(jù)口 inc dptr ; 指向8279控制口 mov a, #00h ; 設(shè)定8279工作方式 m0vx dptr,a mov a , #0gfh ; 清除8279內(nèi)部顯示ram狀態(tài) movx dptr, a mov a , #22h movx dptr , a ; 設(shè)定8279分頻系數(shù) loop:movx a , dptr jb acc.7 , loop ; 顯示ram清除完畢嗎? mov a , 80h ; 第一位數(shù)碼管 movx dptr , a mov a , 9fh ; 輸

37、出1一個(gè)字形 mov dptr ,#7000h movx dptr , a inc dptr loop1:m0vx a , dptr and a , #07h cjne a , #00h,l00p2 ajmp loop1 ; 無(wú)鍵按下轉(zhuǎn) loop2:mov dptr ,#7000h movx a , dptr; 有鍵按下將鍵值送累加器a判定有無(wú)閉合建的子程序：ksi: mov dptr, #0fdf9h ; a口地址 mov a, #00h movx dptr, a ;a口送ooh inc dptr inc dptr ;c口地址 movx a, dptr ;讀c口 cpl a anl a, #

38、0fh ;屏蔽高四位 ret鍵盤(pán)掃描程序： key1：acall ksi；檢查是否有鍵閉合jnz lk1；a非“0”則轉(zhuǎn)移acall dir；顯示一次（“延時(shí)6s）ajmp key1lk1： acall dir； 有鍵閉合二次延時(shí)acall dir； 共12ms去抖動(dòng)acall ksi； 再檢查是否有鍵閉合jnz lk2； 有鍵閉合轉(zhuǎn)移到lk2acall dirajmp key； 無(wú)鍵閉合，延時(shí)6ms后轉(zhuǎn)key1lk2： mov r，#0feh； 掃描初值送r2mov r，#00h； 掃描列號(hào)送r4lk4： mov dptr，#0101h； a口地址mov a，r movx dptr，a； 掃

39、描初值送a口inc dptr inc dptr； c口地址movx a，dptr； 讀c口jb acc.0， lone；acc.0=1，第0行無(wú)鍵閉合，轉(zhuǎn)lonemov a，#00h； 裝第0行值ajmp lkplone： jb acc.1 ltwo；acc.1=1，第1行無(wú)鍵閉合，轉(zhuǎn)ltwomov a，#08h； 裝第1行值ajm plkpltwo： jb acc.2，lthr；acc.2=1，第2行無(wú)鍵閉合，轉(zhuǎn)lthrmov a#10hajmp lkplthr： jb acc.3，next；acc.3=1，第3行無(wú)鍵閉合，轉(zhuǎn)next mov a，#18h； 裝第3行值lkp： add a，r； 計(jì)算鍵碼push acc； 保護(hù)鍵碼lk3： acall dir； 延時(shí)6msacall ksi； 檢查