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电阻炉温度的控制8031单片机实现

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题目来源及意义
        热处理设备是实现热处理工艺的基础和保证,直接关系到热处理技术水平的高低和工件质量的好坏。对热处理技术的基本要求是:先进、可靠、经济、 安全,能满足热处理工艺的要求,并保证工艺的稳定和再现性,节省能源,保护环境,改善劳动环境,降低生产成本,提高机械化和自动化水平。
        在工业领域,如冶金、 机械、 建材及化工等部门,都有大量使用各种炉窑,如用于热处理的加热炉,用于熔化的坩埚炉等。炉窑运行时,温度是需要测控的最基本参数。不同的炉窑,加热方法与所用燃料有所差异,但被控对象都可归于有纯滞后的一阶惯性环节。温度以往多采用归仪表加接触器的断续控制,存在不少固有的缺点。为了提高产品质量与数量,节约能源,改善劳动环境,并且随着科学技术的发展,上述对设备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,显然应用常规仪表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。本文将介绍用单片机对热水电阻炉进行温度控制的过程。
1.2 电阻炉温度控制系统的结构工作原理
系统原理图如图1.1所示。
        整个系统由四部分组成,即:8031单片机系统;温度检测通道;输出控制通道及报警显示系统。工作时,温度由集成温度传感器AD590转换成电流信号,经运放放大至0-5v的电压信号,由ADC0809转换成单片机所能接受的数字信号,此信号与温度的给定值比较得到温度的偏差,通过PID控制器运算,此控制量经可控硅控制加在电阻炉上的电压的通断时间,以达到控温目的。
系统的给定值、PID参数由键盘输入,并可以随时修改,给温度和采样温度同时显示在LED上。
 
                           图1.1  电阻炉温度控制系统原理框图
一、输入通道
a、温度检测及放大
        在温度控制系统中,温度检测及放大任务通常用温度变送器来完成。为了降
低成本,简化结构,本系统采用了 OP07型温度变送器的输入回路部份,这输入回路是一平衡电桥,它与AD590热电偶配合使用,实现温度零点迁移。不平衡电桥的输出信号经精密放大器放大到A/D转换所需标准信号,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阻以改变放大倍数,从而实现了温度标准信号的转换。
B、A/D转换
         A/D转换功能由AD0809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。在这里我们将 接到8031的 转换结束信号OEC经一个与非门接8031的INT0 ,置外部中断为边沿触发方式,这样,每次A/D转换结素时都将结果送入数据存贮区。
   由于炉温度化缓慢,输入通道中没有设置采样保持器。
二、 输出通道
       执行机构采用可控硅控制器,单片机只须输出能改变可控硅控制周期内的通断时间就行了,因此省去了D/A转换器,仅用了一条I/O线,通过软件支持,在这条I/O线上输出一个高电平宽度在控制周期内随调节值变化的方波信号,从而达到控温的目的。
三、 单片机基本系统及I/O扩展
   16K存贮器EPROM(27128)通过一片地址锁存器74LS373与数据总线与8031组成基本系统。
四、 键盘与显示器
        这部分由三个共阳极数码管和三个驱动器组成,其中显示器用于准备符、炉内温度、控温时间、显示以及支持键盘进行控制参数设定显示。
   键盘完成控制器参数设定与控制器的启动、停止操作。
五、控制算法
        为了提高系统的快速性,同时也避免运行算溢出,本控制采用了最大、最小值控制。即在偏差 (阀值 )时才进入PID调节。
 

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