電加熱爐溫度單片機(jī)控制系統(tǒng)

0 引 言 　　電加熱爐隨著科學(xué)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(jī)械等各類(lèi)工業(yè)控制中得到了廣泛應(yīng)用，并且在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位。對(duì)于這樣一個(gè)具有非線性、大滯后、大慣性、時(shí)變性、升溫單向性等特點(diǎn)的控制對(duì)象，很難用數(shù)學(xué)方法建立精確的數(shù)學(xué)模型，因此用傳統(tǒng)的控制理論和方法很難達(dá)到好的控制效果?！　纹瑱C(jī)以其高可靠性、高性能價(jià)格比、控制方便簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，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(jī)進(jìn)行爐溫控制，可以提高控制質(zhì)量和自動(dòng)化水平。　　1 單片機(jī)爐溫控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 　　本系統(tǒng)的單片機(jī)爐溫控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由單片機(jī)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(duì)象組成。如圖1所示。
　　爐溫信號(hào)t通過(guò)溫度檢測(cè)及變送，變成電信號(hào)，與溫度設(shè)定值進(jìn)行比較，計(jì)算溫度偏差e和溫度的變化率de/dt，再由智能控制算法進(jìn)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(shí)間，使電加熱爐輸出溫度達(dá)到理想的設(shè)定值?！　? 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)　　2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)　　以at89c51單片機(jī)為該控制系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集、檢測(cè)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(hào)?！　∽兯推骺梢赃x用dbw，型號(hào)，它將熱電偶信號(hào)(溫度信號(hào))變?yōu)?～5 v電壓信號(hào)，以供a/d轉(zhuǎn)換用。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量與爐溫?cái)?shù)字化后的給定值進(jìn)行比較，即可得到實(shí)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(pán)輸入。由at89c51構(gòu)成的核心控制器按智能控制算法進(jìn)行推算，得出所需要的控制量。由單片機(jī)的輸出通過(guò)調(diào)節(jié)可控硅管的接通時(shí)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(jì)算機(jī)的選擇：選擇at89c51單片機(jī)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(chǔ)器，128 kb的ram存儲(chǔ)器。at89c51對(duì)溫度是通過(guò)可控硅調(diào)功器實(shí)現(xiàn)的。在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中修改程序容易，可以大大縮短開(kāi)發(fā)周期。同時(shí)，系統(tǒng)工作過(guò)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(jī)內(nèi)部有128 b的ram存儲(chǔ)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(chǔ)器?！　)熱電偶的選擇：本設(shè)計(jì)采用dbw型熱電偶--鎳絡(luò)-鎳硅(線性度較好，熱電勢(shì)較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性較好，抗氧化性強(qiáng)，價(jià)格便宜)對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)。由于溫度是非線性輸出的，而與輸入的mv信號(hào)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(hào)與溫度之間的關(guān)系。adc0809把檢測(cè)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(jī)中進(jìn)行處理?！　)鍵盤(pán)輸入的選擇：采用4片bcd撥碼盤(pán)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(pán)占4條線，通過(guò)上拉電阻接入8255可編程并行i/o擴(kuò)展口。4片bcd碼盤(pán)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(kāi)機(jī)后，cpu讀8255口操作，即可將bcd碼盤(pán)的設(shè)定溫度讀入并存人相應(yīng)的存儲(chǔ)單元?！　)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(shí)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(shí)際溫度，這樣，溫差一目了然，方便控制。
　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)　　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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，實(shí)現(xiàn)參數(shù)輸入，并控制電加熱爐的正常運(yùn)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(shí)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(shí)時(shí)采集電加熱爐的爐溫信號(hào)，計(jì)算出實(shí)際爐溫與理想值的