文档介绍：第一章绪论
1引言
随着现代工业的逐步发展,在工业生产中,温度、压力、流量和液位是四种最常见的过程变量。其中,温度是一个非常重要的过程变量。例如:在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等许多领域,都需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉的温度进行控制。然而,用常规的控制方法,潜力是有限的,难以满足较高的性能要求。采用单片机来对它们进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大的优点,而且可以大幅度提高被测温度的技术指标,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控制问题。
模糊PID单片机温度控制系统,是利用单片机作为系统的主控制器,测量电路中的温度反馈信号经A/D变换后,送入单片机中进行处理,经过模糊PID算法后,单片机的输出用来控制可控硅的通断,控制加热炉的输出功率,从而实现对温度的控制。本设计运用MCS-51系列单片机集中的8051单片机为主控制器,对加热炉的温度进行智能化控制,最终通过软件设计来实现人机对话功能,实现对加热炉的温度控制。
本设计主要介绍模糊PID单片机温度控制系统,内容主要包括:采样、滤波、键盘显示、加热控制系统,单片机MCS-51的开发及系统应用软件的开发等。全文共分四章。第一章绪论介绍相关技术发展,系统设计概述及设计要求,方案论证。第二章硬件电路的设计介绍主控电路核心MCS-51单片机AT80C51的基本结构和配置以及一些子模块的设计。第三章典型芯片的介绍MAX6675 包括了A/D采样技术和数字滤波技术。第四章软件设计介绍以模糊PID为主的温度控制算法及系统加热控制系统。第五章主要是系统软件编程。
2单片机技术现状与发展
单片机又称为微控制器(Microcontroller),是把中央处理器(CPU)、随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、定时器/计数器、I/O接口电路等部件集成在一块芯片上的微型计算机。自问世以来,性能不断提高和完善,加之具有控制能力强、体积小、功耗小;成本低、开发周期短、集成度高;速度快,指令周期为μS级;功能强,有丰富的内置资源;易于商品化,多数厂商提供配套外围借口芯片;抗干扰能力强等优点,因此,在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、高级计算机、家用电器等领域的应用日益广泛,并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统,数字单片机的位数越来越多,精度也越来越高。另外,在需要极高响应速度的控制场合,还出现了模糊单片机,它是专门执行模糊逻辑信号的器件,具有极高的模糊推理速度。
今天,还出现了不少高级语言的开发工具,这些系统经过仿真可在更高的开发平台上进行快速的开发,为单片机的广泛应用铺平了道路。所以,在未来的社会主义工业化建设中,单片机无疑会发挥更大的作用。
单片机具有处理能强、运行速度快、功耗低等优点,应用在温度测量与控制方面,控制简单方便,测量范围广,精度较高。
3系统设计概述及设计要求
采用单片机为控制核心器件,选择合适的传感器对电阻丝加热炉温度进行测量,并采用模糊PID控制算法使其保持在某一设定的温度值。温度值可由键盘设定,并在LED显示器上显示。
具体要求如下:
温度范围为500℃—1500℃
系统有必要的保护和报警
温度值有显示
误差范围≤1℃
4方案论证
总体方案比较与论证
方案一: 采用CPLD作为主控制器控制外围电路进行温度测量、键盘和LED控制、报警控制。
方案二:采用AT89C51单片机来实现系统的控制。AT89C51内部自带程序存储器,采用Intel8279键盘/显示器的控制,K 型热电偶(镍铬-镍硅)作为测温传感器,AD574芯片作数模量转换芯片,用继电器对电阻炉加热进行控制。采用PID控制算法对温度进行控制,此系统硬件简洁,将复杂的硬件功能用软件实现,因此系统控制灵活,能很好地满足本题的基本要求和扩展要求。
比较以上两种方案的优缺点:
方案一逻辑电路复杂,且灵活性较低,不利于各种功能的扩展,而且开发成本很高。
方案二简洁、灵活、可扩展性好,能完全达到设计要求。
通过大量的资料的查找与对比采用第二种方案较好。故采用方案二。
典型模块电路的设计方案与比较
温度检测方案
方案一:利用热释电红外传感器(探测器)进行非接触式红外测温的原理、红外测温系统结构和信号处理电路的组成,目的是实现对移动物体的非接触式温度测量。以此为基础,组装了一套微机红外测温实验装置,用该装置测定了目标表面温度变化规律。在大约190℃测量精度达到最高,。但是在测定高温时误差大,而且系统的造价高。
方案二:选用K型热电偶(镍铬-镍硅),具有线性度好、测温范围适中、输出电动势大、价格便宜等特点。另外,为保证检