電加熱爐溫度單片機控制系統(tǒng)

0 引 言 　　電加熱爐隨著科學技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)水平的提高，已經(jīng)在冶金、化工、機械等各類工業(yè)控制中得到了廣泛應(yīng)用，并且在國民經(jīng)濟中占有舉足輕重的地位。對于這樣一個具有非線性、大滯后、大慣性、時變性、升溫單向性等特點的控制對象，很難用數(shù)學方法建立精確的數(shù)學模型，因此用傳統(tǒng)的控制理論和方法很難達到好的控制效果?！　纹瑱C以其高可靠性、高性能價格比、控制方便簡單和靈活性大等優(yōu)點，在工業(yè)控制系統(tǒng)、智能化儀器儀表等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。采用單片機進行爐溫控制，可以提高控制質(zhì)量和自動化水平?！　? 單片機爐溫控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 　　本系統(tǒng)的單片機爐溫控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由單片機控制器、可控硅輸出部分、熱電偶傳感器、溫度變送器以及被控對象組成。如圖1所示。
　　爐溫信號t通過溫度檢測及變送，變成電信號，與溫度設(shè)定值進行比較，計算溫度偏差e和溫度的變化率de/dt，再由智能控制算法進行推理，并得控制量u，可控硅輸出部分根據(jù)調(diào)節(jié)電加熱爐的輸出功率，即改變可控硅管的接通時間，使電加熱爐輸出溫度達到理想的設(shè)定值?！　? 系統(tǒng)硬件設(shè)計　　2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)　　以at89c51單片機為該控制系統(tǒng)的核心，實現(xiàn)對溫度的采集、檢測和控制。該系統(tǒng)的工作流程如圖2所示。系統(tǒng)由變送器經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換器構(gòu)成輸入通道，用于采集爐內(nèi)的溫度信號?！　∽兯推骺梢赃x用dbw，型號，它將熱電偶信號(溫度信號)變?yōu)?～5 v電壓信號，以供a/d轉(zhuǎn)換用。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量與爐溫數(shù)字化后的給定值進行比較，即可得到實際爐溫和給定爐溫的偏差及溫度的變化率。爐溫的設(shè)定值由bcd撥碼盤輸入。由at89c51構(gòu)成的核心控制器按智能控制算法進行推算，得出所需要的控制量。由單片機的輸出通過調(diào)節(jié)可控硅管的接通時間，改變電爐的輸出功率，起到調(diào)溫的作用。 　　2.2 系統(tǒng)硬件的選擇　　a)微型計算機的選擇：選擇at89c51單片機構(gòu)成爐溫控制系統(tǒng)。它具有8位cpu，3 2根i/o線，4 kb片內(nèi)rom存儲器，128 kb的ram存儲器。at89c51對溫度是通過可控硅調(diào)功器實現(xiàn)的。在系統(tǒng)開發(fā)過程中修改程序容易，可以大大縮短開發(fā)周期。同時，系統(tǒng)工作過程中能有效地保存一些數(shù)據(jù)信息，不受系統(tǒng)掉電或斷電等突發(fā)情況的影響。at89c51單片機內(nèi)部有128 b的ram存儲器，不夠本系統(tǒng)使用，因此，采用6264(8 kb)的ram作為外部數(shù)據(jù)存儲器?！　)熱電偶的選擇：本設(shè)計采用dbw型熱電偶--鎳絡(luò)-鎳硅(線性度較好，熱電勢較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和復現(xiàn)性較好，抗氧化性強，價格便宜)對溫度進行檢測。由于溫度是非線性輸出的，而與輸入的mv信號成線性關(guān)系，所以在軟件上將此非線性關(guān)系加以修正，以便正確反映輸入mv信號與溫度之間的關(guān)系。adc0809把檢測到的連續(xù)變化的溫度模擬量轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量，輸人到單片機中進行處理?！　)鍵盤輸入的選擇：采用4片bcd撥碼盤作為溫度設(shè)定的輸入單元，輸入范圍為0～9999，可滿足本系統(tǒng)的要求。每位bcd碼盤占4條線，通過上拉電阻接入8255可編程并行i/o擴展口。4片bcd碼盤占8255的a、b兩口，8255工作方式設(shè)為"0 模式"，a、b兩口均為輸入方式。開機后，cpu讀8255口操作，即可將bcd碼盤的設(shè)定溫度讀入并存人相應(yīng)的存儲單元。　　d)顯示器的選擇：采用字符型lcd(液晶顯示器)模塊tc1602a，并且它把lcd控制器、rom和lcd顯示器用pcb(印制板)連接到一起，只要向lcd送人相應(yīng)的命令和數(shù)據(jù)便可實現(xiàn)所需要的顯示，使用特別方便靈活。第1行顯示設(shè)定溫度，第2行顯示實際溫度，這樣，溫差一目了然，方便控制。
　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計　　本系統(tǒng)的應(yīng)用程序主要由主程序、中斷服務(wù)程序和子程序組成。主程序的任務(wù)是對系統(tǒng)進行初始化，實現(xiàn)參數(shù)輸入，并控制電加熱爐的正常運行。主程序主要由系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)采集及處理、智能推理等部分組成。系統(tǒng)初始化包括設(shè)置棧底、工作寄存器組、控制量的初始值、采樣周期、中斷方式和狀態(tài)、定時器的工作方式以及8255的初始化、tc1602a的初始化等。數(shù)據(jù)采集及處理主要包括實時采集電加熱爐的爐溫信號，計算出實際爐溫與理想值的