计算机控制课程设计--电阻炉温度控制系统的设计.doc

计算机控制设计 课程设计报告 班级 B电气084 姓名 学号 课程设计题目：电阻炉温度控制系统的设计 本课程设计要求设计以电阻炉为被控对象，由镍铬/镍硅热电耦测量被控对象的温度，通过滤波、放大，送至A/D转换器。这样通过采样和A/D转换，就将所检测的炉温对应的电压信号转换成数字量送入计算机模糊控制器，计算出该电压信号对应的温度值与给定温度进行比较，得到偏差，计算机由偏差信号计算出相应的控制量控制可控硅的导通角从而调节电阻丝两端的电压进而控制对象的温度使得对象的实际温度最终达到给定的温度。 1、要求电阻炉温度保持在95-100℃，最高温度不得超过100℃，最低温度不能低于95℃； 2、温度控制采用数字控制算法，参数检测值不能保证在所要求温度范围时，进行报警； 3、由加热元件实现加温； 4、对电阻炉的温度参数进行检测并要求实时显示锅炉温度，显示位数4位； 5、温度参数由传感器进行检测，经变送器处理后，转换成0～5V标准信号，送A/D转换器进行A/D转换，计算机每隔一定时间采样一次，采满5次后进行中值滤波，经数据变换后，显示参数的实际值； 6、以LCD实现显示； 7、将温度检测值与给定值进行比较，得到偏差，将偏差经数字PID运算得到输出控制值，经转换后输出控制电压或电流，以控制电阻炉温度； 8、从P1口各引脚输出报警信号，点亮发光二极管，实现报警。在系统中，利用传感器测得电阻炉实际温度并转换成毫伏级电压信号，该电压信号经过温度检测电路转换成与炉温相对应的数字信号进入单片机，单片机进行数据处理后，通过液晶显示器显示温度，同时将温度与设定温度进行比较并判断是否报警，然后由设定的控制算法计算出控制量，根据控制量，通过控制双向晶闸管的导通和关断从而控制电阻丝的导通时间，以实现对炉温的控制。 图1-1 电阻炉温度控制系统总体结构框图 3、文字说明控制方案 本课题方案采用单片机为主电阻炉温度控制系统由单片机、温度检测电路、键盘、显示、保护及报警电路和温度控制电路等部分组成，利用单片机可以方便地实现对PID参数的选择与设定，实现工业过程中PID控制。它采用温度传感器热电偶将检测到的实际炉温进行A/D转换，再送入计算机中，与设定值进行比较，得出偏差。对此偏差按PID规律进行调整，得出对应的控制量来控制驱动电路，调节炉的加热功率，从而实现对炉温的控制。利用单片机实现温度智能控制，能自动完成数据采集、处理、转换、并进行PID控制和键盘终端处理（各参数数值的修正）及显示。 由于单片机技术在各个领域正得到越来越多的应用，世界上许多集成电路生产厂家相继推出了各种类型的单片机。1980年，Inter公司推出MCS-51型系列单片机。这种高档8位单片机的芯片功能强、适用范围宽，迅速成为单片机的主流产品。本系统选用以Atemel公司的89C51单片机为核心，特点如下： 1、低功率基本型CMOS工艺 2、8位CPU 3、32根I/O线 4、4K的片内ROM 5、128字节的片内RAM 6、2个定时/计数器 7、6个中断源 8、全双工串行口 89C51单片机又如此丰富的硬件资源，这可使单片机系统的硬件设计大为简化，从而大大提高系统的可靠性。最小系统板是本装置的核心模块，它提供了51单片机的一个最小工作系统，并充分地扩展了单片机总线和I/O口以便于与其他模块的电路连接。最小系统板包括的外围电路有：时钟电路、复位电路、P0口锁存电路、拨码开关电路。最小系统板上扩展的I/O口，包括P0、P1、P2、P3口的每个管脚都独立引出，作为数据总线（P0口），地址总线低8位（P0口经锁存后的输出），地址总线高8位用8针的双排插针座引出；控制总线（WR, RD, ALE等）独立引出。 如下图3-1为MCS-51系列单片机芯片引脚图： (1)主电源引脚 VCC（40脚）接+5 V电源正端 VSS（20脚）接+5 V电源地端。 (2)外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1（19脚）接外部石英晶体的一端。 在单片机内部它是一个反相放大器的输入端这个放大器构成了片内振荡器。 XTAL2（18脚）接外部晶体的另一端。 在单片机内部 接至片内振荡器的反相放大器的输出端。 XTAL1与XTAL2借外接晶体与片内反相放大器构成振荡器。 (3) 输入/输出（I/O）引脚：P0口、 P1口、 P2口及P3口 P0口（39脚～32脚）P0.0～P0.7统称为P0口。①双向输入／输出接口，②在接有片外存储器或扩展I／O接口时，P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。 P1口（1脚～8脚）P1.0～P1.7统称为P1口可作为准双向I/O接口使用。 P2口（21脚～28脚）P2.0～P2.7统称为P2口。 ①准双向输入／输出接口，②在接有片外存储器或扩展I／O接口时，P2