電加熱爐_MATLAB仿真

1、天津城建大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書2013 -2014學(xué)年第 2學(xué)期控制與機械工程學(xué)院 電氣工程及其自動化專業(yè) 班級 12 姓名 學(xué)號 課程設(shè)計名稱： 過程控制 設(shè)計題目： 電加熱爐爐溫的模糊控制 完成期限：自 2014 年 6 月 22 日至 2014 年 6 月 27 日共 1 周設(shè)計依據(jù)、要求及主要內(nèi)容：設(shè)計任務(wù) 電加熱爐爐溫的控制過程如下：測溫元件將檢測到的溫度信號送到變送器的輸入回路，經(jīng)低電平自激調(diào)制放大后輸出mA級的電流信號，該信號經(jīng)過電阻后變?yōu)?5V的電壓信號，然后通過A/D轉(zhuǎn)換將模擬量信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量信號，經(jīng)過計算機與設(shè)定值比較、運算后，再由D/A轉(zhuǎn)換輸出05V的模擬量電壓信號，該電

2、壓直接控制晶閘管調(diào)功器的輸出功率，從而對電加熱爐的溫度進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍：20350。電加熱爐溫度控制系統(tǒng)示意圖如圖1所示：圖1 電加熱爐系統(tǒng)示意圖如圖1，本文中將控制信號到爐膛溫度這一整個過程看作一個控制系統(tǒng)。電加熱爐裝置是一個具有自平衡能力的對象，可用一階慣性和滯后環(huán)節(jié)來近似描述。被控對象參數(shù)K=70，T=100，=80。系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：試用模糊控制器實現(xiàn)溫度控制。二、設(shè)計要求1）超調(diào)小、調(diào)節(jié)時間短，系統(tǒng)無靜差；2）給出控制策略和選定參數(shù)，并詳細(xì)說明參數(shù)整定過程；3）給出MATLAB下的仿真曲線。4）給出硬件實現(xiàn)方案，包括控制器和檢測回路芯片的具體型號。三、設(shè)計報告課程設(shè)計報告要做到層次

3、清晰，論述清楚，圖表正確，書寫工整；詳見“課程設(shè)計報告寫作要求”。四、參考資料1 何衍慶工業(yè)生產(chǎn)過程控制（1版）北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20042 邵裕森過程控制工程北京：機械工業(yè)出版社20003 過程控制教材指導(dǎo)教師（簽字）： 教研室主任（簽字）： 批準(zhǔn)日期： 年 月 日摘要電加熱爐是典型的工業(yè)過程控制對象，在我國應(yīng)用廣泛。電加熱爐的溫度控制具有升溫單向性，大慣性，大滯后，時變性等特點。其升溫、保溫是依靠電阻絲加熱，降溫則是依靠環(huán)境自然冷卻。當(dāng)其溫度一旦超調(diào)就無法用控制手段使其降溫，因而很難用數(shù)學(xué)方法建立精確的模型和確定參數(shù)，應(yīng)用傳統(tǒng)的控制理論和方法難以達到理想的控制效果。 本文以電

4、加熱爐為研究對象，針對電加熱爐的特點，設(shè)計了雙輸入單輸出結(jié)構(gòu)的模糊控制器，將其應(yīng)用于電加熱爐溫度控制系統(tǒng)，滿足了溫度控制穩(wěn)定性的要求。關(guān)鍵詞：溫度控制；MATLAB；模糊控制器 目錄第一章 緒論11.1課題的背景11.2模糊控制的現(xiàn)狀及原理11.3本文設(shè)計思路2第二章 模糊控制器的設(shè)計42.1模糊控制介紹42.2模糊控制器的設(shè)計42.2.1 建立模糊控制器結(jié)構(gòu)42.2.2 定義輸入、輸出模糊集并確定個數(shù)類別52.2.3 定義輸入、輸出的隸屬函數(shù)52.2.4 編輯模糊控制規(guī)則62.2.5規(guī)則觀測器82.2.6 輸出曲面觀測器8第三章 建立simulink仿真模型103.1 原系統(tǒng)的simulin

5、k仿真模型103.2 模糊控制simulink仿真10第四章 硬件系統(tǒng)124.1 系統(tǒng)總體設(shè)計124.2 溫度傳感器的選擇124.3 A/D轉(zhuǎn)換電路124.4聲光報警電路124.5 人機界面134.6  功率控制電路 13第五章 總結(jié)14第六章 參考文獻15第1章 緒論1.1課題的背景電阻爐是熱處理工藝過程中應(yīng)用最廣、數(shù)量最多的電爐，其本身是一個較為復(fù)雜的被控對象。電阻爐溫度控制器在冶金、化工、機械等各類工業(yè)控制過程中都得到了廣泛應(yīng)用。 電阻爐溫控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，他將溫度傳感器檢測到的實際爐溫經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，送入計算機中，與設(shè)定值進行比較得出偏差，并

6、將此偏差送入控制器中，經(jīng)過計算得出對應(yīng)的控制量控制可控硅驅(qū)動器，調(diào)節(jié)電阻爐的加熱功率，從而實現(xiàn)對爐溫的控制。 目前在爐溫控制系統(tǒng)中最常采用的是PID控制，以PID算法為核心的各種形式DDC控制系統(tǒng)，是目前電加熱爐溫度控制系統(tǒng)普遍使用的方法。PID調(diào)節(jié)是最成熟且應(yīng)用最廣泛的一種控制方法。在模擬控制系統(tǒng)中，其過程控制是將被測參數(shù)溫度由傳感器變換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號后輸入調(diào)節(jié)器，在調(diào)節(jié)器中與給定值進行比較。再把比較器的差值經(jīng)PID運算后送到執(zhí)行機構(gòu)，改變進給量，以達到自動調(diào)節(jié)的目的。在數(shù)字控制系統(tǒng)中則是用數(shù)字調(diào)節(jié)器來代替模擬調(diào)節(jié)器，按偏差的比例、積分和微分進行控制和調(diào)節(jié)。PID調(diào)節(jié)器具有結(jié)構(gòu)簡

7、單、調(diào)整方便和參數(shù)整定與工程指標(biāo)密切相連等特點，對于大部分對象控制精度也較高，這些優(yōu)越性使得PID結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)器是連續(xù)系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的一種調(diào)節(jié)器，一直經(jīng)久不衰，并將繼續(xù)在工程實踐中發(fā)揮重要的作用。電阻爐可以用以下模型定性的描述它 式中K-放大系數(shù) ，T-時間系數(shù) ，-純滯后時間。但在實際熱力工程中，由于實際工況的復(fù)雜性（加工工件的性質(zhì)、初溫、升溫、幅度規(guī)格、裝爐量以及電氣環(huán)境等因素），使得上述數(shù)學(xué)模型偏離實際情況相當(dāng)嚴(yán)重 。電阻爐由電阻絲加熱，溫度控制具有非線形、大滯后、大慣性、多變量、時變性等特點。在實際應(yīng)用中，電阻爐溫度控制遇到了以下困難： 第一：很難

8、建立精確的數(shù)學(xué)模型； 第二：不能很好的解決非線形、大滯后等問題。以精確的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)的經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論在解決這些問題是遇到了一定的困難。 上世紀(jì)50年代前后的經(jīng)典控制理論主要研究單輸入-單輸出的線性定常系統(tǒng)；60年代末的現(xiàn)代控制理論主要研究多輸入-多輸出的被控對象，系統(tǒng)可以是線性或非線性的，定常或時變的。這兩個階段的控制理論的發(fā)展與應(yīng)用，對于存在數(shù)學(xué)模型的自動控制系統(tǒng)發(fā)揮了非常大的作用，并取得了令人滿意的控制效果，這些控制方法的優(yōu)點明顯，但存在難以克服的缺陷。對于那些很難或的數(shù)學(xué)模型的控制對象，往往顯得無能為力。上述各種傳統(tǒng)控制方法在爐溫控制系統(tǒng)中的仿真、實驗和

9、實際應(yīng)用結(jié)果看，效果并不是非常理想。一個顯著的共同特點就是需要建立系統(tǒng)準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型，當(dāng)模型建立不準(zhǔn)確時，不僅增加了調(diào)試的工作量，而且控制效果不好。從70年代末開始，隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，智能控制理論開始受到極大關(guān)注，模糊控制作為智能控制理論的一個分支，在理論研究和工業(yè)控制應(yīng)用等方面也取得了可喜的進展。以語言規(guī)則模型為基礎(chǔ)的模糊控制理論卻是解決上述問題的有效途徑和方法。1.2模糊控制的現(xiàn)狀及原理模糊數(shù)學(xué)和模糊控制的概念由美國加利福尼亞大學(xué)著名教授L.A.Zadeh首先提出。最早取得的應(yīng)用成果是英國教授Mamdamni，首先利用模糊控制語句組成模糊控制器，將它應(yīng)用于鍋爐和氣輪機的運動控制，并在

10、實驗室中獲得成功。此后的20多年中，模糊控制技術(shù)在華工、冶金、機械、工業(yè)爐窯、水處理、食品工業(yè)等多個領(lǐng)域中獲得廣泛的應(yīng)用。 隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，模糊控制器本身性能也得到了進一步發(fā)展，由原來規(guī)則固定的簡單模糊控制器，發(fā)展為可以在控制過程中不斷修改和調(diào)整控制規(guī)則的自組織模糊控制器。盡管模糊控制在穩(wěn)定性理論分析及控制精度方面還存在一些問題，但它在大規(guī)模系統(tǒng)、多目標(biāo)系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)，特別是沒有精確數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)中，顯示了良好的效果，它所體現(xiàn)的強魯棒性是經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論所難以到達的。模糊控制是以人的思維判斷方法形成模糊控制規(guī)則，在模糊規(guī)則的基礎(chǔ)上，以模糊量作為實際控制的依據(jù)，是一

11、個表達某種控制思想的基本公式。模糊控制的定義可以描述為：模糊控制器的輸出是通過觀察過程狀態(tài)和一些如何控制過程的規(guī)則的推理得到的。模糊邏輯控制器的設(shè)計主要包括：對輸入信息的模糊化、模糊推理和輸出信息的精確化三個步驟。輸入信息的模糊化是將測物理量轉(zhuǎn)化為在該語言變量相應(yīng)論域內(nèi)不同語言值的模糊子集。模糊推理使用數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫，它的作用是根據(jù)當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)信息來決定模糊控制的輸出子集。輸出信息的精確化計算是將推理機制得到的模糊控制量轉(zhuǎn)化為一個清晰、確定的輸出控制量的過程。模糊控制器在溫度控制中的應(yīng)用包括有：劉興池等人用日本生產(chǎn)的SR70只能模糊控制器對加熱爐進行控制，穩(wěn)態(tài)精度達到+0.5攝氏度左右，控制

12、效果十分理想。易繼鍇等人應(yīng)用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)控制器對電加熱爐進行物理模擬實驗，系統(tǒng)實驗表明，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)，實現(xiàn)輸入變量隸屬度函數(shù)的在線自調(diào)整，對電加熱爐這種具有非線形、大滯后的系統(tǒng)具有較好的模糊預(yù)測及控制功能。1.3本文設(shè)計思路隨著二十世紀(jì)四十年代中期計算機的出現(xiàn)及其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴展，計算機控制技術(shù)逐漸滲透到自動化、自動控制、電子技術(shù)、電氣技術(shù)、儀器儀表等專業(yè)，并在這些專業(yè)中起到至關(guān)重要的作用。計算機具有存儲大量信息的能力，強大的邏輯判斷能力及快速計算的優(yōu)點，計算機控制技術(shù)能夠達到常規(guī)控制技術(shù)所不能到達的優(yōu)異性能指標(biāo)。此外，隨著操作系統(tǒng)的不斷升級，各種開發(fā)軟件的不斷出現(xiàn)，使研究人員

13、不僅能方便的對對象進行控制，而且可以將控制結(jié)果用圖象，聲音等形式展示出來。這是傳統(tǒng)技術(shù)所不能實現(xiàn)的。 應(yīng)用微機控制電爐爐溫不僅易于保證處理工藝過程的質(zhì)量，節(jié)約能源，促進整個熱處理工藝過程自動化，并且在造價上也能與常規(guī)儀表控制裝置匹敵。國內(nèi)已有很多單位對計算機控溫系統(tǒng)進行了研究。 由于電阻爐具有較強的滯后性，傳統(tǒng)的PID控制方式的控制效果不佳。模糊控制是一種基于規(guī)則的先進控制方法，由于控制復(fù)雜、非線性、大滯后對象，具有控制速度快，超調(diào)小等優(yōu)點，因此，可以很好的解決一些問題，獲得較好的控制效果。本題擬采用凌陽SPCE061A單片機，設(shè)計一種電阻爐溫模糊控制系統(tǒng)，提高溫度的控制效

14、果。通過測量元件熱電偶進行檢測，經(jīng)采樣、A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再進行數(shù)字濾波，并根據(jù)給定的控制規(guī)則進行運算，然后發(fā)出控制信號去控制執(zhí)行機構(gòu)，使各個被控量達到預(yù)定的要求?？刂葡到y(tǒng)原理圖如圖1所示： 圖1 控制系統(tǒng)原理圖本系統(tǒng)的設(shè)計主要是解決電阻爐溫度的實時控制，希望控制系統(tǒng)給出的控制量控制電阻爐的溫度，使得電阻爐的溫度可以跟蹤由鍵盤輸入的給定值。 概括起來，本系統(tǒng)的功能有： (1)數(shù)據(jù)的采集； (2)過程監(jiān)控：包括參數(shù)顯示、上下限報警等；(3)基于模糊規(guī)則的控制算法；(4)通過D/A轉(zhuǎn)換輸出控制量；(5)實現(xiàn)上位機和下位機的通信。隨著嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)的快速發(fā)展及其在

15、各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對電子產(chǎn)品的小型化和智能化要求越來越高，作為高新技術(shù)之一的單片機以其體積小、功能強、價格低、使用靈活等特點，顯示出其明顯的優(yōu)勢和廣泛的應(yīng)用前景。在航空航天、機械加工、智能儀器儀表、家用電器、通信系統(tǒng)、智能玩具等領(lǐng)域，單片機都發(fā)揮了很大的作用。第2章 模糊控制器的設(shè)計2.1模糊控制介紹1965年Zadeh教授發(fā)表了模糊集合論論文，提出用“隸屬函數(shù)”這個概念描述現(xiàn)象差異的中間過渡，從而突破了古典集合論中屬于或不屬于的絕對關(guān)系。Zadeh教授的這一開創(chuàng)性工作，標(biāo)志著數(shù)學(xué)的一個新分支-模糊數(shù)學(xué)的誕生。模糊數(shù)學(xué)從誕生至今，在剛誕生的幾年里發(fā)展相當(dāng)緩慢，在進入70年代后，模糊集合的

16、概念被越來越多的人接受，這方面的研究工作也就相應(yīng)地迅速發(fā)展起來，并應(yīng)用到聚類分析、圖象識別、自動控制、故障診斷、機器人以及人工智能等多方面領(lǐng)域。1974年英國學(xué)者E.H.Mamdani首次把模糊集合理論成功地應(yīng)用在鍋爐和蒸汽機的控制之中，在自動控制領(lǐng)域中首開模糊控制在實際過程上應(yīng)用之先河。1985年世界上第一塊模糊邏輯芯片在美國著名的貝爾實驗室問世，這是模糊技術(shù)走向?qū)嵱没挠忠焕锍瘫Ｄ：碚撌菑哪：龜?shù)學(xué)發(fā)展而來，現(xiàn)在該理論的研究主要集中在模糊集合、隸屬函數(shù)和模糊邏輯推理上。 模糊邏輯在控制領(lǐng)域中的應(yīng)用稱為模糊控制。模糊控制是以控制集合論、模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計算機

17、控制。從控制器的智能性看，模糊控制屬于智能控制的范疇。模糊控制的最大特征是能夠?qū)⒉僮髡呋驅(qū)＜业目刂平?jīng)驗和知識表示成語言變量描述的控制規(guī)則，然后用這些規(guī)則去控制系統(tǒng)。因此模糊控制特別適用于數(shù)學(xué)模型未知的、復(fù)雜的非線性系統(tǒng)的控制。從信息的觀點看，模糊控制是一類規(guī)則型的專家系統(tǒng)，從控制技術(shù)的觀點看，它是一類非線性控制器。 控制系統(tǒng)中要有被控對象（過程），被控對象按其模型可分為以下幾種： 1能建立精確的數(shù)學(xué)模型 2能建立精確的數(shù)學(xué)模型，但要附加一些條件 3只能建立近似的數(shù)學(xué)模型 4無法建立數(shù)學(xué)模型 專家們普遍認(rèn)為：人高明于機器的重要一點就是人

18、具有對FUZZY事物進行識別和近似推理的能力，即綜合考慮各種情況，然后作出判斷的能力。用表達式表示為： IF 情況1 AND 情況2  AND 情況N  THEN 結(jié)論 而FUZZY控制正是以自然語言為基礎(chǔ)，利用經(jīng)驗總結(jié)的控制規(guī)則，經(jīng)過模糊推理與判斷，去控制被控對象。因此對于那些難以建模的對象，F(xiàn)UZZY控制利用看起來不確切的方法，常?？梢赃_到精確控制的目的。2.2模糊控制器的設(shè)計 2.2.1 建立模糊控制器結(jié)構(gòu)在MATLAB命令窗口中，輸入fuzzy，打開FIS編輯器，構(gòu)建兩輸入、一

19、輸出的模糊控制器，以文件名：xin.fis存盤，如圖2所示： 圖2 FIS編輯器界面 2.2.2 定義輸入、輸出模糊集并確定個數(shù)類別依據(jù)模糊控制器的控制規(guī)律同時兼顧控制精度，論文論文將輸入的誤差(e)劃分為17個等級，即E=-8，-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6，+7，+8，模糊集E取9個語言值：上限（PC）；正大（PB）；正中（PM）；正?。≒S）；0（IE）；負(fù)?。∟S）；負(fù)中（NM）；負(fù)大（NB）；下限（NC）。將偏差變化率Ec劃分為13個等級，即：Ec=-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6，模糊集Ec

20、取7個語言值：正大（PB）；正中（PM）；正?。≒S）；0（IO）；負(fù)小（NS）；負(fù)中（NM）；負(fù)大（NB）?？刂屏縐劃分為17個等級，即：U=-8，-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6，+7，+8，模糊集U取9個語言值：最大（MAXC）；正大（PB）；正中（PM）；正?。≒S）；0（IC）；負(fù)小（NS）；負(fù)中（NM）；負(fù)大（NB）；最?。∕INC）。 2.2.3 定義輸入、輸出的隸屬函數(shù)誤差e、誤差微分及控制量的模糊集和論域確定后，需對模糊變量確定隸屬函數(shù)。即對模糊變量賦值，確定論域內(nèi)元素對模糊變量的隸屬度。對于輸入量誤差(e),誤差微分(ec)，

21、輸出量（u）都采用高斯型的隸屬函數(shù)(trimf)，同時為體現(xiàn)定義的17,13,17個模糊子集，見圖3，圖4，圖5。 圖3 e的隸屬函數(shù)圖 圖4 ec的隸屬函數(shù)圖 圖5 u的隸屬函數(shù)圖 2.2.4 編輯模糊控制規(guī)則單擊FIS編輯器中規(guī)則編輯器，將表1中所示的模糊規(guī)則依次輸入規(guī)則編輯器中，共63條，全部采用and的命令，如圖6所示。 表1 控制規(guī)則表 EUE UEcNBNMNSIOPSPMPBNCNSNMNBMINCNBNMNSNBNSNSNBNBNMNSICNMMINCNBNBNMNSICPSNSNBNMNSNSICPSPMIENBNMNSICICPSPMPSNBNMICPSPSPMPBPMNS

22、ICPSPMPBMAXCMAXCPBICICPMPBMAXCMAXCMAXCPCMACXMAXCMAXCMAXCMAXCMAXCMAXC 圖6 規(guī)則編輯器界面此時，基于GUI編輯的模糊控制器已經(jīng)全部完成，將此FIS系統(tǒng)再次進行保存。為了在simulink仿真環(huán)境中調(diào)用FIS系統(tǒng)，將xin.fis文件進行FileExportTo Disk的同時，還需進行FileExportTo Workspace，此時彈出如圖7所示的對話框。該操作將xin.fis文件保存工作空間中，可供simulink建立模糊控制系統(tǒng)時，對模糊控制器進行調(diào)用和連接。 2.2.5規(guī)則觀測器在GUI的任意界面中，選擇ViewRul

23、es，液位規(guī)則觀測器界面如圖8所示。 圖7 保存FIS文件到工作空間界面 圖8規(guī)則觀測器界面 2.2.6 輸出曲面觀測器在DUI的任意界面中，選擇ViewSurface，液位輸出曲面觀測器界面如圖9所示。 圖9 輸出曲面觀測器界面通過分析圖形特點，可以看到它有明顯的梯度分布，說明所設(shè)計的模糊系統(tǒng)與理論設(shè)計匹配良好。第3章 建立simulink仿真模型3.1 原系統(tǒng)的simulink仿真模型本文中將控制信號到爐膛溫度這一整個過程看作一個控制系統(tǒng)。電加熱爐裝置是一個具有自平衡能力的對象，可用一階慣性和滯后環(huán)節(jié)來近似描述。被控對象參數(shù)K=70，T=100，=80。系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為： 原系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

24、如圖10所示 圖10 原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖得出仿真結(jié)果如圖11所示： 圖11 原系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線3.2 模糊控制simulink仿真系統(tǒng)輸入為單位階躍信號，選取量化因子，比例因子。激活simulink仿真環(huán)境，建立模糊控制系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖12所示。 圖12 模糊控制仿真結(jié)構(gòu)圖在simulation下拉菜單中，選擇Start，完成仿真。雙擊圖12中所示simulink仿真結(jié)構(gòu)圖的Scope，系統(tǒng)仿真結(jié)果曲線如圖13所示。 圖13 模糊控制的仿真結(jié)果比較兩個結(jié)果，明顯發(fā)現(xiàn)模糊控制調(diào)節(jié)縮短。第4章 硬件系統(tǒng)本系統(tǒng)是為熱處理用電加熱爐設(shè)計的一套的控制系統(tǒng)，利用單片機、溫度傳感器、加熱絲和A/D轉(zhuǎn)換芯片

25、來實現(xiàn)的控制系統(tǒng)，其中主要的特點就是升溫均勻、精確，升溫曲線具有線性等。本系統(tǒng)與傳統(tǒng)的控溫方法相比更具有精度高、功能多、造價低、結(jié)構(gòu)簡單和使用方便等優(yōu)點。其人機界面友好，操作簡單，使用方便，具有較高的性能價格比。為了降低成本和保證較高的控溫精度，采用普通的ADC0809芯片和具有零點遷移、冷端補償功能的溫度變送器橋路，使實際測溫范圍縮小。4.1 系統(tǒng)總體設(shè)計本系統(tǒng)由AT89C52單片機、溫度檢測電路、功率控制電路、鍵盤顯示電路和聲光報警電路等組成，系統(tǒng)原理框圖如圖14所示。 圖14 系統(tǒng)原理框圖由圖可知，溫度控制系統(tǒng)的構(gòu)成：溫度控制系統(tǒng)檢測時，被測爐溫經(jīng)熱電偶測量后轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換

26、，將檢測信號送到A/D轉(zhuǎn)換器進行模擬/數(shù)字信號轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量經(jīng)I/O接口讀入到CPU，在CPU中經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，一方面送到顯示屏上顯示，并判斷是否報警；另一方面通過過零觸發(fā)電路驅(qū)動雙向可控硅進行控溫。4.2 溫度傳感器的選擇在本系統(tǒng)中采用的是鎳鉻-鎳硅K型熱電偶。采集溫度信號只需要一路采集爐溫，金屬熱處理爐的最高要求溫度為1000。由于熱電偶測溫范圍廣（-1001300），而且測量精度高，結(jié)構(gòu)簡單，熱惰性小，輸出為電信號便于事先遠距離傳送和集中檢測、自動控制，因此在測量溫度信號時選擇它。4.3 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換芯片采用ADC0809，其轉(zhuǎn)換精度是l/256。若電加熱爐工作溫度是25

27、6，則在(0256)范圍AD的轉(zhuǎn)換精度為256/256=l/bit，即一個數(shù)字量表示l，這顯然不能滿足控制精度為士O.5要求。為了提高控制精度，可以選用更高位的A/D轉(zhuǎn)換器，如l0位、l2位、l6位A/D轉(zhuǎn)換器，其控值精度均能滿足要求。然而根據(jù)實際需要溫度控制情況，也可以通過具有零點遷移和冷端補償功能的溫度變送橋路，縮小測溫的范圍，如爐溫升到90后要求溫度維持90基本不變，那就可以將測溫范圍縮小為(O128)、(128256)，從而使理論設(shè)計控溫精度達到士0.5。4.4聲光報警電路在單片機控制系統(tǒng)中，一般的工作狀態(tài)可以通過指示燈或數(shù)碼顯示來指示，以供操作員參考。但對于某些緊急狀態(tài)或反常狀態(tài)，為

28、了使操作人員不致忽視，以便及時采取措施，往往還需要有某種更能引人注意、提起警覺的報警信號。這本系統(tǒng)的報警電路包括閃光報警和鳴音報警兩種方式。 發(fā)音組件采用壓電蜂鳴器，只需在其兩條引線上加3V24V的直流電壓，蜂鳴振蕩音響。壓電式蜂鳴器結(jié)構(gòu)簡單、耗電小，而且適合于單片機系統(tǒng)。本電路的設(shè)計中，要考慮與發(fā)光二極管串聯(lián)的限流電阻大小的確定，阻值選擇不當(dāng)會影響二極管的壽命。4.5 人機界面鍵盤和顯示電路實現(xiàn)了人機交互功能，通過鍵盤電路可以設(shè)置系統(tǒng)運行狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)，顯示電路可以顯示系統(tǒng)的運行狀態(tài)、控制時間、設(shè)定溫度、實際溫度等。在本設(shè)計中采用的是3行*3列鍵盤，列線由P1.0P1.2口控制，行

29、線由P1.3P1.5口控制。電路中共9個按鍵，包括設(shè)置鍵、3個溫度參數(shù)和時間設(shè)置鍵、4個系統(tǒng)運行狀態(tài)選擇鍵、1個確定鍵。系統(tǒng)在程序初始化時控制鍵盤行線的P1.3P1.5口輸出高電位，控制鍵盤列線的P1.0P1.2口輸出低電位，在判斷電路是否有按鍵按下時，讀P1.0P1.5端口值，若端口值不是000111，則說明電路中有按鍵按下。然后根據(jù)程序進行去抖動處理和計算鍵值。 本設(shè)計中的顯示模塊采用的是北京集粹電子設(shè)備制造有限公司的SG160128-01A液晶顯示模塊，可顯示字符、漢字、圖形，顯示屏結(jié)構(gòu)為160*128點陣，其引腳功能如表2所示。該顯示模塊內(nèi)置液晶顯示控制器T6963C，T6963C的最大特點是具有獨特的硬件初始值設(shè)置功能，顯示驅(qū)動所需的參數(shù)如占空比系數(shù)、驅(qū)動傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)/行及字符的字體選擇等均由引腳電平設(shè)置，這樣T6963C的初始化在上電時就已經(jīng)基本設(shè)置完成，軟件操作的主要精力可以全部