logo资料库

电阻炉温度控制系统设计.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.67M 资料格式：doc 举报 版权申诉
第1页 / 共25页
第2页 / 共25页
第3页 / 共25页
第4页 / 共25页
第5页 / 共25页
第6页 / 共25页
第7页 / 共25页
第8页 / 共25页
资料共25页，剩余部分请下载后查看
    设计题目：电阻炉温度控制系统设计 本设计利用 AT89C51 单片机为核心，配合温度传感器，信号处理电路，显示电路， 输出控制电路，故障报警电路等组成的控制系统。单片机可将温度传感器检测到的水温 模拟量转换成数字量，并显示于 1602 显示器上。该系统具有灵活性强，易于操作，可 靠性高等优点，将会有更广阔的开发前景。 设计任务和主要内容 1、设计任务 设计并制作一个电热恒温控制系统，控制对象为 1 升净水，容器为搪瓷或塑料器皿。 水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定 的温度基本不变。 2、设计主要内容 （1）要求锅炉温度保持在 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 PID 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）对锅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（工程量）； （6）以 LED 数码管实现显示； （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 D/A 芯片进行 D/A 转换后输出控制电压或电流，以控制锅炉温度； （8）从 P1 口各引脚输出报警信号，点亮发光二极管，实现报警。 1
    一、概述 能源问题已经是当前最为热门的话题，离开能源的日子，世界将失去一切颜色，人 们将寸步难行，我们知道虽然电能是可再生能源，但是在今天还是有很多的电能是依靠 火力，核电等一系列不可再生的自然资源所产生，一旦这些自然资源耗尽，我们将面临 电能资源的巨大的缺口，因而本设计从开源节流的角度出发，节省电能，保护环境。 本系统以单片机模块为核心，由外围电路实时采集环境温度、锅炉出水温度、炉膛 压力等信号，通过单片机内部程序运算，实现对中小型锅炉运行的自动控制。 设计中采用低功耗数字温度传感器进行温度测控，可大大简化设计方案，系统性能 也更稳定；采用光电对管测控水位，可有效保证水位的自动控制，能更好地对锅炉进行 自动化控制；通过对环境温度、水位信号的采集，输入单片机进行内部程序运算，输出 结果控制变频器组，从而实现对风机、补水泵等部件的自动控制，达到节能的目的；用 压力传感器检测炉内压力，通过模数转换把信号送入单片机中，由单片机进行程序运算 控制电磁阀动作，实现锅炉安全运行。控制电路中加入手动按键控制和实时显示功能， 使电阻炉操作、维护更加方便、灵活。通过微机实现燃烧与给水系统的自动控制与调节， 将保证锅炉正常工作，使系统安全、经济运行。 二、系统方案 1、温度传感器的选取 目前市场上温度传感器较多，主要有以下几种方案： 方案一：选用铂电阻温度传感器。此类温度传感器线性度、稳定性等方面性能都很 好,但其成本较高。 方案二：采用热敏电阻。选用此类元器件有价格便宜的优点，但由于热敏电阻的非 线性特性会影响系统的精度。 方案三：采用 DS18B20 温度传感器。DS18B20 是 DALLAS 公司生产的一线式数 字温度传感器，具有 3 引脚 TO－92 小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃, 可编程为 9 位～12 位 A/D 转换精度，测温分辨率可达 0.0625℃，被测温度用符号扩展 的 16 位数字量方式串行输出远端引入。此器件具有体积小、质量轻、线形度好、性能 稳定等优点其各方面特性都满足此系统的设计要求。 比较以上三种方案，方案三具有明显的优点，因此选用方案三。 2、键盘显示部分 控制与显示电路是反映电路性能、外观的最直观部分，所以此部分电路设计的好坏 直接影响到电路的好坏。 2
    方案一：采用可编程控制器 8279 与数码管及地址译码器 74LS138 组成，可编程/ 显示器件 8279 实现对按键的扫描、消除抖动、提供 LED 的显示信号，并对 LED 显示控 制。用 8279 和键盘组成的人机控制平台，能够方便的进行控制单片机的输出。 方案二：采用单片机 AT89C52 与 4X4 矩阵组成控制和扫描系统，并用 89C52 的 P1 口对键盘进行扫描，并用总线的方式在 P0 口接 1602 液晶来显示水温和设定值，这种方 案既能很好的控制键盘及显示，又为主单片机大大的减少了程序的复杂性，而且具有体 积小，价格便宜的特点。 对比两种方案可知，方案一虽然也能很好的实现电路的要求，但考虑到电路设计的 成本和电路整体的性能，我们采用方案二。 3、控制电路部分 方案一：采用 8031 芯片，其内部没有程序存储器，需要进行外部扩展，这给电路 增加了复杂度。 方案二：采用 2051 芯片，其内部有 2KB 单元的程序存储器，不需外部扩展程序存 储器。但由于系统用到较多的 I/O 口，因此此芯片资源不够用。 方案三：采用 AT89C52 单片机，其内部有 4KB 单元的程序存储器，不需外部扩展程 序存储器，而且它的 I/O 口也足够本次设计的要求。 比较这三种方案，综合考虑单片机的各部分资源，因此此次设计选用方案三。 4、压力传感器 锅炉正常安全运行，炉膛负压是一个重要的参数。本系统采用在炉膛内放置压力传 感器，其采集信号与单片机内预存最大值信号相比较，当压力过大时，开启泄压阀，从 而保障锅炉安全运行。 5、报警部分 当风机控制部分、补水泵部分、循环泵部分等出现故障时，报警系统报警。而且报 警系统设置的是声光报警，使维修人员容易区分哪部分出现了问题，以便及时维修。 显 示部分可实时显示管道水温、环境温度、和锅炉内压力值。多功能控制按键，通过软件 控制实现按键的多功能操作，可以完成设定温度、压力基准值和报警取消等功能。 6、PID 过程控制部分 （1）过程控制的基本概念 过程控制――对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制。 1）模拟控制系统 3
    图 1 基本模拟反馈控制回路 被控量的值由传感器或变送器来检测，这个值与给定值进行比较，得到偏差，模拟 调节器依一定控制规律使操作变量变化，以使偏差趋近于零，其输出通过执行器作用于 过程。 控制规律用对应的模拟硬件来实现，控制规律的修改需要更换模拟硬件。 2）、微机过程控制系统 图 2 微机过程控制系统基本框图 以微型计算机作为控制器。控制规律的实现，是通过软件来完成的。改变控制规律， 只要改变相应的程序即可。 3）数字控制系统 DDC 4
    图 3 DDC 系统构成框图 DDC(Direct Digital Congtrol)系统是计算机用于过程控制的最典型的一种系统。微 型计算机通过过程输入通道对一个或多个物理量进行检测，并根据确定的控制规律(算 法)进行计算，通过输出通道直接去控制执行机构，使各被控量达到预定的要求。由于 计算机的决策直接作用于过程，故称为直接数字控制。 DDC 系统也是计算机在工业应用中最普遍的一种形式。 4）模拟 PID 控制系统组成 图 4 模拟 PID 控制系统原理框图 PID 调节器是一种线性调节器，它将给定值 r(t)与实际输出值 c(t)的偏差的比例 (P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制。 A、PID 调节器的微分方程 )( tu  K 式中 )( te  )( tr B、PID 调节器的传输函数 1 T I  t 0 P     )( te  )( tc )( te dt  T D )( t de dt    5
    SD ( )  ( SU ( SE ) )  K P 1     1 ST I  ST D    5）PID 调节器各校正环节的作用 A、比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号 e(t)，偏差一旦产生，调节 器立即产生控制作用以减小偏差。 B、积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积 分时间常数 TI，TI 越大，积分作用越弱，反之则越强。 C、微分环节：能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得 太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号。 （1） 数字 PID 控制器 1）模拟 PID 控制规律的离散化 表 1 模拟 PID 控制规律 模拟形式 离散化形式 )( te  )( tr  )( tc ne ( )  nr ( )  nc ( ) de ( t ) dT  t 0 e ( t ) dt 2）数字 PID 控制器的差分方程 e ( n )  e T ( n  )1 n  i  0 )( Tie  T n  i  0 )( ie )( nu  )( neK P  )( nu P     )( nu I T T u I D   T D T )( ie   u 0 n  0 i  )( n ) 式中 u P ( n )  neK ( P  )( ne  ( ne  )1      u 0 称为比例项 称为积分项 n  i  0 )( ie u I ( n )  u D )( n  I P K T T TK D T P  )( ne  ( ne  )1 称为微分项 三、 总体方案原理的理论分析 系统模块分为：DS18B20 模块，1602 液晶显示模块，继电器模块，键盘输入模块 6
    和声光报警模块，DS18B20 可以被编程，所以箭头是双向的，CPU（89C52）首先写入 命令给 DS18B20，然后 DS18B20 开始转换数据，转换后通 89C52 来处理数据。数据处 理后的结果就显示到 1602 液晶上。 图 5 系统模块总关系图 本系统的执行方法是循环查询执行的，键盘扫描也是用循环查询的办法。 四、 系统硬件设计 图 6 键盘扫描循环图 7
    1、继电器模块 下图是一个蜂鸣器和一个继电器的图，我们只用到了继电器的图，继电器和 单片机的 P1.3 口进行通讯。 P37 R13 Q2 P13 JP1_P13 B1 BELL VCC R14 Q3 JZ1 1 2 3 D5 RY1 2、液晶显示模块 图 7 继电器与单片机的接线图 下图是 1602 液晶显示模块的图，按照总线接法来连接，1602 数据口接单片机的 P0 口。 LCD1602 S S V D D V E E V S R W R 0 E D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 7 D 0 123 456 7891 1 1 2 1 3 1 4 1 D N G C C V 0 2 P 1 2 P 6 R 0 0 P 1 0 P 2 0 P 3 0 P 4 0 P 5 0 P 6 0 P 7 0 P C C V D N G U9 GND 1 2 WR RD U4:A 3 图 8 74LS08 1602 液晶显示模块接线图 74HC14 3、模数转换器配置 模数转换器用于将 PT125 采集的 0～5V 模拟信号转换成单片机可识别的数字信号。 8
    分享到：
    赞 收藏

    相关推荐

    资料库

    课程资源

    共收录17145份资料，累计13个分类，关注成员有19位，主要包括：PHP,网络管理,网页制作,Java,.Net,数据库,3G/移动开发,C/C++,游戏开发,嵌入式,讲义,软件测试,专业指导

    热门标签

    PHP 网络管理 网页制作 Java .Net 数据库 3G/移动开发 C/C++ 游戏开发 嵌入式 讲义 软件测试 专业指导

    最新资料