春赵建华毕业答辩PPT.ppt

远程学院教学服务中心 北京交通大学远程与继续教育学院 毕业设计 教学中心: 论文题目：单片机控温系统与应用设计 姓名:赵建华 学号 天津学习中心 * 本设计主要内容 1. 单片机温度控制系统的主要组成部分 2. 自动温度控制系统的原理及设计 3. 单片机控温体系的应用 本设计重点研究的问题 1．单片机温度控制系统的应用 2. 温度控制系统的原理与设计 设计综述 随着科技的不断进步，在工业生产中温度是常用的被控参数，而采用单片机来对这些被控参数进行控制已成为当今的主流。本毕业设计介绍了数字温度测量及自动控制系统的设计，采用单片机来实现对温度的控制。它的主要组成部分有：AT89C51单片机、温度传感器、键盘与显示电路、温度控制电路。它可以实时的显示和设定温度，实现对温度的自动控制。通过测试表明，本设计对温度的控制有方便、简单的特点，从而大幅提高了被控温度的技术指标。以电加热炉为被控对象、AT89C51单片机为核心设计温度测控系统。设计中采用热电偶检测炉温，经信号调理电路送A/D转换器，单片机对采集到的数据经过相应处理实现温度的实时显示及越限报警，控制部分采用数字PID算法，产生的控制信息通过固态继电器控制电阻丝的通断时间，实现炉温的定值控制。系统硬件电路由采集模块、显示模块、键盘输入模块和控制输出等模块组成。系统软件采用模块化的设计方法，主要包括主程序模块、采样子程序模块、键盘显示子程序模块、PID子程序模块以及数字滤波子程序模块等。由此完成温度测控系统的设计。 本设计的目的和意义 一、温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，例如：在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等许多领域，都需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉的温度进行控制，因此温度控制是生产自动化的重要任务。随着工业的发展，对温度控制要求越来越高，除要求有较高的控制精度外，还要求能对温度的上升速度及下降速度进行控制，显然应用常规的仪表加接触器的断续控制方法难以满足这些要求。然而，随着电子技术的发展，特别是单片机计算机的出现，对上述被控制对象采用功能强、体积小、价格低的智能化温度控制装置进行控制成为现实。单片机对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。基于此，本课题围绕应用于电加热炉的基于单片机的温度测控系统展开应用研究工作。 二、本设计的控制对象为一电加热炉，输入为加在电阻丝两端的电压，输出为电加热炉内的温度。控温范围为0～250℃，所采用的控制方案为直接数字控制。课题的设计可分为硬件设计和软件设计两大部分 ：硬件设计分为控制电路、加热电路和测量电路三部分；软件的设计主要是模块化编程，要完成的程序设计包括主程序、参数调节服务程序、采样中断服务程序、T1定时中断服务程序，数字滤波子程序，PID计算程序。 单片机炉温测控系统的结构工作原理 单片机温度测控系统是以单片机为控制核心，辅以采样反馈电路，控制电路对电炉炉温进行控制的微机控制系统。其系统结构框图如图所示： 给定值 单片机控制器 固态继电器 被控对象 采样电路 温度值 工作原理叙述 系统采用单闭环形式，其基本控制原理为：根据偏差的大小和正负，通过PID控制算法运算得到输出控制量。由于采用Z型交流固态继电器，其内部有过零检测电路。只有当负载的交流电源到达过零区时SSR导通，所以负载工作时近似为正弦波，可减少高次谐波对电网的干扰。通过控制采样周期T内导通的周波个数，即n值，就可控制电加热炉的加热功率。其关系为： P=n/N×I2R 式中P为负载输入功率；N为采样周期T内的周波数；n为采样周期T内导通的周波数；R为负载电阻；I为采样周期T内的负载电流值。 单片机炉温测控系统的原理框图 框图主要包括：模拟量输入通道、数字量输出通道、键盘以及显示器。模拟量输入通道由温度检测及放大部分和A/D转换部分组成。为了降低成本，简化结构，输出信号经精密放大器放大到A/D转换所需阻以改变放大倍数，的标准信号，根据热电偶分度号和量程的不同，可选择和调整放大器的反馈电从而实现温度标准信号的转换。A/D转换功能由ADC0809完成，它是一种逐次逼近式8路模拟输入、8位数字量输出的A/D转换器。由于炉温度化缓慢，输入通道中没有设置采样保持器。数字输出通道输出能改变固态继电器通断的高低电平，因此省去了D/A转换器，仅用了一条I/O线。键盘和显示部分由8255A、四个共阴极数码管、4×4行列式键盘和三个驱动器组成，其中显示器用于炉内温度显示及温度给定植显示。键盘输入温度给定值。 测温电路的选择与设计 热电偶 热电偶是将温度量转换成热