1、1目录第一章 设计背景及设计意义 2第二章 系统方案设计 3第三章 硬件 .53.1 温度检测和变送器53.2 温度控制电路63.3 A/D 转换电路 73.4 报警电路 83.5 看门狗电路 83.6 显示电路 103.7 电源电路12第四章 软件设计 144.1 软件实现方法 144.2 总体程序流程图 154.3 程序清单 19第五章 设计感想 29第六章 参考文献30第七章 附录 317.1 硬件清单 317.2 硬件布线图 312第一章 设计背景及研究意义机械制造行业中，用于金属热处理的加热炉，需要消耗大量的电能，而且温度控制是纯滞后的一阶惯性环节。现有企业多采用常规仪表加接触器的断
2、续控制，随着科技进步和生产的发展，这类设备对温度的控制要求越来越高，除控温精度外，对温度上升速度及下降速度也提出了可控要求，显而易见常规控制难于满足这些工艺要求。随着微电子技术及电力电子技术的发展，采用功能强、体积小、价格低的智能化温度控制装置控制加热炉已成为现实。自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业
3、、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。对工件的处理温度要求严格控制，计算机温度控制系统使温度控制指标得到了大幅度提高。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。， 3第二章 系统方案的设计这次课程设计题目为热电偶构成的热处理炉的温度控制系统， 技术要求：1.设定温度范围为09992.温度显示为09993.到设定温度报警热处理炉炉温控制系统的控制过程是：单片
4、机定时对炉温进行检测，经A/D转换芯片得到相应的数字量，经过计算机进行数据转换，得到应有的控制量，去控制加热功率，从而实现对温度的控制。如下图所示：进行系统设计时应考虑如下问题：1.炉温变化规律的控制，即炉温按预定的温度时间关系变化。 2.温度控制范围：如01000，这就涉及到测温元件、电炉功率的选择等。3.控制精度、超调量等指标，这涉及到A/D转换精度、控制规律选择等。温控系统主要由温度传感器、温度调节仪、执行装置、被控对象四个部分组成，其系统结构图如图1所示。被控制对象是大容量、大惯性的电热炉温度对象，是典型的多阶容积迟后特性，在工程上往往近似为包含有纯滞后的二阶容积迟后；由于被控对象电容
5、量大，通常采用可控硅作调节器的执行器，其具体的电路图如图2所示。4调节加热炉的温度，在工业上是通过在设定周期范围内，将电路接通几个周波，然后断开几个周波，改变晶闸管在设定周期内通断时间的比例，来调节负载两端交流平均电压即负载功率，这就是通常所说的调功器或周波控制器；调功器是在电源电压过零时触发晶闸管导通的，所以负载上得到的是完整的正弦波，调节的只是设定周期 Tc内导通的电压周波。如图 3 所示，设周期 Tc内导通的周期的波数为 n，每个周波的周期为 T，则调功器的输出功率为P=nTPn/Tc，P n为设定周期 Tc内电压全通过时装置的输出功率。5第三章 硬件的设计3.1 温度检测和变送器温度检
6、测元件和变送器的类型选择与被控温度的范围和精度等级有关。镍铬/镍铝热电偶适用于 0-1000的温度检测范围，相应输出电压为 0mV-41.32mV。变送器由毫伏变送器和电流/电压变送器组成：毫伏变送器用于把热电偶输出的 0mV-41.32mV 变换成 4mA-20mA 的电流；电流/电压变送器用于把毫伏变送器输出的 4mA-20mA 电流变换成 0-5V 的电压。为了提高测量精度，变送器可以进行零点迁移。例如：若温度测量范围为500-1000，则热电偶输出为 20.6mV-41.32mV，毫伏变送器零点迁移后输出4mA-20mA 范围电流。这样，采用 8 位 A/D 转换器就可使量化温度达到
7、1.96以内。其在控制系统的作用如下图所示：图 1：温度检测电路热处理炉63.2 温度控制电路8051对温度的控制是通过双向可控硅实现的。如图一所示，双向可控硅管和加热丝串接在交流220V、50Hz市电回路。在给定周期T内，8051只要改变可控硅管的接通时间即可改变加热丝的功率，以达到调节温度的目的。可控硅接通时间可以通过可控硅控制极上触发脉冲控制。该触发脉冲由8051用软件在P2.1引脚上产生，在过零同步脉冲同步后经光电耦合管和驱动器输出送到可控硅的控控制系统的制极上。图1：调温电路73.3 A/D转换电路ADC0809 是一种比较典型的 8 位 8 通道逐次逼近式 A/D 转换器，CMOS
8、 工艺，可实现 8 路模拟信号的分时采集，片内有 8 路模拟选通开关，以及相应的通道地址锁存用译码电路，其转换时间为 100s 左右，采用双排 28 引脚封装，其主 要 性 能 指 标 如 下 ：1、 分 辨 率 为 8 位 二 进 制 数 ；2、 电 压 范 围 在 0 +5V， 对 应 A/D 值 00H FFH；3、 每 路 A/D 转 换 完 成 时 间 100ms;4、 可 分 时 进 行 8 路 A/D 转 换 ；5、 工 作 频 率 500KHz（ 本 电 路 由 8051ALE 端 输 出 经 4 分 频 后得 到 ） 。引 脚 功 能 如 下 ：IN0 IN7： 8 路 0
9、+5V 模 拟 电 压 输 入 （ 用 IN0 端 ） ；DB7 DB0： 8 位 数 字 输 出 线 ， 输 出 8 位 A/D 转 换 值 ；STAST： 启 动 A/D 转 换 端 ；EOC： A/D 转 换 完 成 端 ；OE： 允 许 数 字 量 输 出 信 号 ；CLOCK： 时 钟 500KHz；ADD A、 B、 C： IN0 IN7 地 址 选 择 线 ；ALE： 地 址 锁 存 允 许 输 入 信 号 。A/D 转 换 器 0809 与 放 大 电 路 连 接 较 简 单 ， 运 放 接 成 比 例 放 大 形式 ， 放 大 倍 数 可 调 ， 总 体 A/D 转 换 与
10、8051 接 口 电 路 如 下 ：83.4 报警电路报警电路的作用主要是在温度超过规定的温度或低于下限温度或达到预定温度时，报警子程序就会控制报警信号的输出，温度低与或高于规定的温度范围以及达到规定的温度时，音频装置就会发出不同频率的告警信号，同时相应的 LED 显示，到底是高了还是低了，以便与自动调节。报警电路如下图：9图 1：报警电路3.5 看门狗电路计 算 机 看 门 狗 控 制 卡 是 为 了 使 计 算 机 或 工 控 机 在 系 统 出 现 异 常 时 ，能 自 动 控 制 计 算 机 进 行 重 新 启 动 ， 使 系 统 恢 复 正 常 运 行 ， 保 证 系 统 24小 时
11、 不 间 断 正 常 工 作 。 该 控 制 卡 可 运 用 于 无 人 职 守 的 场 所 。 像 采 用 计算 机 作 为 存 储 设 备 的 数 字 硬 盘 录 像 系 统 ， 公 路 卡 口 监 控 记 录 设 备 等 。特 点 ： 可 固 定 在 计 算 机 内 部 并 且 不 占 用 计 算 机 任 何 插 槽 。 借 电 方 便 ， 可 利 用 计 算 机 本 身 的 软 驱 电 源 接 口 。 通 过 计 算 机 并 口 或 者 串 口 跟 计 算 机 通 讯 。 计 算 机 操 作 系 统 发 生 死 机 后 ， 30 秒 （ 时 间 可 设 置 ） 内 控 制 卡 控制 计
12、 算 机 重 新 启 动 。 控 制 卡 内 有 信 号 灯 ， 在 正 常 工 作 时 有 频 率 稳 定 持 续 的 灯 光 闪 动 。 提 供 开 发 控 件 ， 可 启 动 看 门 狗 功 能 、 停 止 看 门 狗 功 能 、 设 置 串 口 还是 并 口 。 有 两 种 型 号 的 控 制 卡 ， 有 自 带 RS232 转 485 的 功 能 的 控 制 卡 。现以 MAX706 监控电路为例（见图 1）来说明“看门狗”硬件电路的工作过程，我们知道，MAX706 是一种性能优良的低功耗 CMOS 监控电路芯片，其内部电路由上电复位、可重触发“看门狗”定时器及电压比较器等组成2。MAX70610只要在 1.6 秒时间内检测到 WCI 引脚有高低电平跳变信号，则“看门狗”定时器清零并重新开始计时；若超出 1.6 秒后，WCI 引脚仍无高低电平跳变信号，则“看门狗”定时器溢出，WDO 引脚输出低电平，进而触发 MR 手动复位引脚，使 MAC706 复位，从而使“看门狗”定时器清零并重新开始计时，WDO 引脚输出高电平，MAX706 的 RST 复位输出引脚输出大约 200 毫秒宽度的低电平脉冲，使单片机控制系统可靠复位，重新投入正常运行。图 1：看门狗电路3.6 显示电路 单片机与显示器的接口电路图
