電氣班計算機

1、廣東工業(yè)大學華立學院 課 程 設(shè) 計（論文） 課程名稱 計算機控制技術(shù) 題目名稱 電阻加熱爐溫度控制 學生學部（系） 機電與信息工程學部 專業(yè)班級 12電氣2班 學  號 5112002212030224 （01） 學生姓名 梁志立 指導教師 王赟  2015年 6 月 1 日廣東工業(yè)大學華立學院課程設(shè)計（論文）任務書題目名稱電阻加熱爐溫度控制學生學部（系）機電與信息工程學部專業(yè)班級12電氣2班姓 名梁志立學 號51120012030224一、 課程設(shè)計（論文）的內(nèi)容主要設(shè)計了一種溫度控制器，它以8051作為控制器，通過MCS51單片機和ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片模數(shù)轉(zhuǎn)換器

2、等硬件系統(tǒng)和軟件設(shè)計方法，實現(xiàn)具有液位檢測報警和控制雙重功能，并對液位值進行顯二、 課程設(shè)計（論文）的要求與數(shù)據(jù)1.用單片機實現(xiàn)；2.被控對象。被控對象為電阻加熱爐；3.溫度測量。溫度測量由溫度傳感器和變送器組成。其中，溫度傳感器為水銀溫度計當溫度上升或下降時，處于空氣中的兩相電極產(chǎn)生的溫差量被電子線路測得，并轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出至單片機；4.A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器將測量的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送給計算機處理，而D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量控制給電動機調(diào)節(jié)閥；三、課程設(shè)計（論文）應完成的工作1. 完成硬件和軟件設(shè)計，繪出電路原理圖；2. 完成課程設(shè)計報告的撰寫。四、課程設(shè)計（論

3、文）進程安排序號設(shè)計（論文）各階段內(nèi)容地點起止日期1收集單片機等相關(guān)資料，確定設(shè)計方案校內(nèi)2015年6月1日2進行硬件和軟件設(shè)計，繪出電路原理圖校內(nèi)2015年6月2-5日3進行課程設(shè)計報告的撰寫校內(nèi)2015年6月6、7日五、應收集的資料及主要參考文獻 1收集單片機及設(shè)計中所涉及的主要器件等方面的資料 2收集相關(guān)的軟件編程方面的資料發(fā)出任務書日期： 2015年5月26日 指導教師簽名：計劃完成日期： 2015年 6月7 日 教學單位責任人簽章：目 錄一、摘要.（2）二、總體方案設(shè)計.（2）設(shè)計任務1、設(shè)計內(nèi)容及要求（2）2、工藝要求.（2）3、要求實現(xiàn)的系統(tǒng)基本功能（3）4、對象分析（3）5、系

4、統(tǒng)功能設(shè)計.（3）三、硬件的設(shè)計和實現(xiàn).（4）四、數(shù)字控制器的設(shè)計.（7）五、軟件設(shè)計.（9）1、系統(tǒng)程序流程圖.（9）2、程序清單.（11）六、完整的系統(tǒng)電路圖.（21）七、系統(tǒng)調(diào)試.（21）一、摘 要溫度是工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一。特別是在冶金、化工、機械各類工業(yè)中，廣泛使用各種加熱爐、熱處理爐、反應爐等。由于爐子的種類不同，所采用的加熱方法及燃料也不相同，如煤氣、天然氣等。但就控制系統(tǒng)本身的動態(tài)特性而言，均屬于一階純滯后環(huán)節(jié)，在控制算法上基本相同，可采用PID控制或其他純滯后補償算法。為了保證生產(chǎn)過程正常安全地進行，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，以及減輕工人的勞動強度，節(jié)約能源，對加熱用的各

5、種電爐要求在一定條件下保持恒溫，不能隨電源電壓波動或爐內(nèi)物體而變化，或者有的電爐的爐溫根據(jù)工藝要求按照某個指定的升溫或保溫規(guī)律而變化，等等。因此，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或科學實驗中常常對溫度不僅要不斷地測量，而且要進行控制。二、總體方案設(shè)計設(shè)計任務用一臺計算機及相應的部件組成電阻爐爐溫的自動控制系統(tǒng)，并使系統(tǒng)達到工藝要求的性能指標。1、設(shè)計內(nèi)容及要求電阻加熱爐用于合金鋼產(chǎn)品熱力特性實驗，電加熱爐用電爐絲提供功率，使其在預定的時間內(nèi)將爐內(nèi)溫度穩(wěn)定到給定的溫度值。在本控制對象電阻加熱爐功率為8KW，有220V交流電源供電，采用雙向可控硅進行控制。系統(tǒng)模型：2、工藝要求按照規(guī)定的曲線進行升溫和降溫，溫度控制范

6、圍為50350，升溫和降溫階段的溫度控制精度為+5，保溫階段溫度控制精度為+2。3、要求實現(xiàn)的系統(tǒng)基本功能微機自動調(diào)節(jié)：正常工況下，系統(tǒng)投入自動。模擬手動操作：當系統(tǒng)發(fā)生異常，投入手動控制。微機監(jiān)控功能：顯示當前被控量的設(shè)定值、實際值，控制量的輸出值，參數(shù)報警時有燈光報警。4、對象分析在本設(shè)計中，要求電阻爐爐內(nèi)的溫度，按照上圖所示的規(guī)律變化，從室溫開始到50為自由升溫階段，當溫度一旦到達50，就進入系統(tǒng)調(diào)節(jié)，當溫度到達350時進入保溫段，要始終在系統(tǒng)控制下，一保證所需的爐內(nèi)溫度的精度。加工結(jié)束，要進行降溫控制。保溫段的時間為6001800s。過渡過程時間：即從開始控制到進入保溫階段的時間要小于

7、600s。在保溫段當溫度高于352或低于348時要報警，在升溫和降溫階段也要進行控制，使爐內(nèi)溫度按照曲線的斜率升或降。采用MCS51單片機作為控制器，ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片為模擬量輸入，DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片為模擬量輸出，鉑電阻為溫度檢測元件，運算放大器和可控硅作為功率放大，電阻爐為被控對象，組成電阻爐爐溫控制系統(tǒng)，另外，系統(tǒng)還配有數(shù)字顯示，以便顯示和記錄生產(chǎn)過程中的溫度和輸出值。5、系統(tǒng)功能設(shè)計計算機定時對爐溫進行測量和控制一次，爐內(nèi)溫度是由一鉑電阻溫度計來進行測量，其信號經(jīng)放大送到模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，換算成相應的數(shù)字量后，再送入計算機中進行判別和運算，得到應有的電功率數(shù)，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片

8、轉(zhuǎn)換成模擬量信號，供給可控硅功率調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)，使其達到爐溫變化曲線的要求。三、硬件的設(shè)計和實現(xiàn)1、計算機機型：MCS51 8031（不包含ROM、EPROM）系統(tǒng)總線：PC總線2、設(shè)計支持計算機工作的外圍電路矩陣鍵盤技術(shù)：溫度輸出顯示技術(shù)：LED靜態(tài)顯示接口技術(shù)，所謂靜態(tài)顯示,即CPU輸出顯示值后,由硬件保存輸出值,保持顯示結(jié)果.特點:占用機時少,顯示可靠.但元件多,線路復雜、成本高，功耗大。報警電路設(shè)計：正常運行時綠燈亮，在保溫階段爐內(nèi)溫度超出系統(tǒng)允差范圍，就要進行報警。報警時報警燈亮，電笛響，同時發(fā)送中斷信號至CPU進行處理。3、設(shè)計輸入輸出通道輸入通道：因為所控的實際溫度在50 350

9、左右，即（35050）300所以選用8位A/D轉(zhuǎn)換器，其分辨率約為1.5/字，再加放大器偏置措施實現(xiàn)。（通過調(diào)整放大器的零點來實現(xiàn)偏置）這里采用一般中速芯片ADC0809。ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器，8路多路開關(guān)以及微型計算機兼容的控制邏輯的CMOS組件，其轉(zhuǎn)換方法為逐次逼近型。8路的模擬開關(guān)由地址鎖存器和譯碼器控制，可以在8個通道中任意訪問一個通道的模擬信號。輸出通道：據(jù)其實際情況，D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)可低于A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，因為一般控制系統(tǒng)對輸出通道分辨率的要求比輸入通道的低，所以這里采用常用的DAC0832芯片DAC0832是8位D/A轉(zhuǎn)換器，與微處理器完全兼容。期間采用先進的

10、CMOS工藝，因此功耗低，輸出漏電流誤差較小。因DAC0832電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換芯片，為了取得電壓輸出，需在電流輸出端接運算放大器，Rf為為運算放大器的反饋電阻端。4、元器件的選擇傳感器的選擇：鉑銠10鉑熱電偶，S型，正極性，量程01300C，使用溫度小于等于600C，允差+1.5C。執(zhí)行元件的選擇：電阻加熱爐采用晶閘管（SCR）來做規(guī)律控制，結(jié)合電阻爐的具體要求，為了減少爐溫的紋波，對輸出通道采用較高的分辨率的方案，因此采用移相觸發(fā)方式，并且由模擬觸發(fā)器實現(xiàn)移相觸發(fā)。變送器的選擇：因為系統(tǒng)要求有偏置，又需要對熱電偶進行冷端補償，所以采用常規(guī)的DDZ系列溫度變送器?？刂圃翰捎秒p向可控硅進

11、行控制，其功能相當于兩個單向可控硅反向連接，具有雙向?qū)üδ?，其通斷狀態(tài)有控制極G決定。在控制極加上脈沖可使其正向或反向?qū)?。四、?shù)字控制器的設(shè)計1、控制算法：電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)框圖：.整個閉環(huán)系統(tǒng)可用一個帶純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)來近似，所以其控制算法采用大林算法。電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)模型為 其廣義的傳遞函數(shù)為：大林算法的設(shè)計目標是設(shè)計一個合適的數(shù)字控制器，使整個閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相當于一個帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，即：通常認為對象與一個零階保持器相串聯(lián)， 相對應的整個閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)是：2、計算過程：連同零階保持器在內(nèi)的系統(tǒng)廣義被控對象的傳遞函數(shù) 系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù) 數(shù)字控制器：消除

12、振鈴現(xiàn)象后的數(shù)字控制器：將上式離散化：U（Z）U（Z）Z1=1.279E（Z）1.226E（Z）Z1 U（K）U（K1）=1.279E（K）1.226E（K1）最終得：U（K）=U（K1）+1.279E（K）1.226E（K1）五、軟件設(shè)計1、系統(tǒng)程序流程圖a、系統(tǒng)主程序框圖b、A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖c、LED顯示流程圖d、數(shù)字控制算法子程序流程圖六、完整的系統(tǒng)電路圖七、系統(tǒng)調(diào)試在設(shè)計完成后進行調(diào)試，根據(jù)設(shè)計邏輯圖制作好實驗樣機，就可以進入硬件調(diào)試，調(diào)試的主要任務是排除樣機的故障，其中包括設(shè)計錯誤和工藝性故障，然后在進行軟件的調(diào)試用微型機對MCS51系列單片機程序進行交叉匯編。在硬件，軟件單獨

13、調(diào)試后，即可進入硬件、軟件聯(lián)合調(diào)試階段，找出硬件、軟件之間不相匹配的地方，反復修改和調(diào)試，直到符合設(shè)計要求。心得體會 我覺得在這次的課程設(shè)計的過程中獲益良多，在課程學到大半的時候開始做課程設(shè)計，對書本上的知識還不太理解熟悉，起初覺得很茫然，不知道該從哪里開始，于是從圖書館借了幾本相關(guān)的書來看漸漸的找到感覺，第一次花了好幾天構(gòu)思，其中不時的查書查一些資料，很是浪費時間了，基礎(chǔ)不做好后續(xù)工作難展開啊，就在其過程中慢慢的對課本知識進一步的學習、理解，通過這次課程設(shè)計我發(fā)現(xiàn)，只有理論水平提高了；才能夠?qū)⒄n本知識與實踐相整合，理論知識服務于教學實踐，從而輔助動手能力，通過這次課程設(shè)計，我們知道了理論和實際的距離，也知道了理論和實際想結(jié)合的重要性，也從中得知了很多書本上無法得知的知識。 我們的學習不但要立足于書本，以解決理論和實際教學中