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第2l卷第l期l999年

2 月沈阳工业大学学报JournalofSh e n y a n g P o l y t e c h ni c U n i v c r s i t y Vo

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5 D 单片机实现的电加 热炉温控系统孛兰孙大芳'――――~ 车埋 广播 电税 大学 .辽宁 车馕 I

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0 0 ' ~ 硎7 Z 弓蔓为了提高 温度 控 制的精 度 ,舟绍 了一种 利用 单片 机实 现 的电加 热炉 温度 控 制装 置 的组 成及主要 功船 ,对 系垅 控制 方法、硬件设计 及其 软 件等 都作 了详尽 的讨 论 ,实验 结果 表明,这种 系统具有良好 的控 制效 果. 关键 调 温度 控制 I单 片机 I热 电偶 _ - . - - - 一''- . 一分类号:1 _ P T /

3 一般的电加热炉温度控制系坑(如温度控制表控制接触器)的主要 缺点是温度波动范围大.由于 它主要通过控制接触器的通断时间比例来 达到改变加 热功率的目的 ,受仪表本身误差和交流接触器的寿 命限制.通断频率很低 , 故温度控制精度低 . 单片机脉宽调温闭环系统以8031单 片机作为该控制系 统的核心.采用脉冲调宽技术,双向可控硅输出,工作稳定、性能可靠.热电偶的冷 端补偿采 用热电阻温度传感器,测量准确,克报 了常 规方 法补 偿误差大的缺点.该系统具有 软启动,程序升温、键盘输入、显示打印等功能,使炉温控制稳态误差精度达4-l℃.

1 系统的总体 结构用单 片机实现的电加 热炉温控制系统总体组成如图I'净端补 偿放^滤渡热电慑 ―― r 一 电加热 炉客路转换 开关加嘲9乜加楚湿度控匀每 玩.

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1 工作原理 炉 温控 制程序及温度 与热电偶热电势之间的对应关系表存放在EPROM

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5 5用来扩展打印机 接口.且 其 内部 定时器用作采样控制周期的定 时,键盘和显示器甩于构成必要的人机联系.双向可 控硅采用过零触发方式.触发脉冲由过零同步 脉冲形成电路提供.在每个工作周期内的 工作占空比由单片机输出的门控脉冲信号决定.键盘与显示器用于各种参数的设置和显示.热电偶与放大器将被涮温度转换成热电势信 号并放大 , 再由A转换 器转换成相应的数字量供单 片机 识别处理.单片机每隔一 定时阃要启动一次A, D 转换、采样一次现场温度,将温度数据与给定温度进行比较.得到温差,再根据偏差MCSSIlJ§L__J803

1 f『 和单片机1 l 译码L图l单片机 实现 的 电加热炉 温控 系统 硬件 摇圈 收蕾日期 t I

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9 怍 者筒 舟 t孝 兰(1963一 ) 女.i}|师,硬士 显示器健盘维普资讯 http://www.cqvip.com 第 l期 李 兰等 :单 片机 实现 的 电加 热炉温控系统

6 1 的大小和正 负,通过PID控制算法送出1十具有相应宽度 的门控脉 冲.让一定数量的触 发脉冲在高电平期坷通过控制门去触发可控硅,对被测温度进 行调节.1沮控电路的设 计由8031的PID输出三十触发脉冲信号,经 反向器光电隔离,功率放大后加到双向可控硅上.由于采用Z型 交流固态继电器(SSR) . 其内部有过零检测电路.只有当负载交流电源到达过零区时ssg~-导通 . 所以负载工作时近似 正弦波.可减少高状谐波对电网的干扰. 通过控制采样 周期T'内导通的周波 个数 , 即rt值,就 可控制电阻丝的加 热功 率. 其关系为P= N I

2 R 式中P为负 载输人功率;

N 为 采样 周期T'内的 周波数{"为采 样周期7'内导通的周波数;

R为 负载电阻 }J 为采样周期7'内的负载电流值 .

2 硬件组成单片机脉宽调温闭环系统由CS吲系列单片机803l及 地址锁存器74LS

373、地址译码器74LS1

3 8 、只读存储器2764芯 片、A, D 转换器

0809、8

2 7 9接 口芯 片及键盘显示器电路、双向可控硅加热电路、同步脉冲形成电路、以及声光报警电路 等组成.

2 .

1 键盘键盘由编程键、增.键、减.键、移位键.参数设置键、运行/ 停止 键、切换显示 键、手动 / 自动 切换键等组成.并和接在8279CNT L f S T B和SHI F T 引脚 的"给定、"显示按扭一起,用以向单片机置数和发布损伤命令.

8 2

7 9是键盘与显示器专用接 口芯 片,它的主要 功 能有 ① 从它 的 扫描 输出端循环送出扫 描信号.通过74LS154译 码后依次轮流地从Y0 ~ Y. 输出" O 电平 扫描 信号.再通过BIC8

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8 驱动器后 ,从左到右依次驱动各个 数码管.使从它的OV T A3~ OV T AB O 同步 送出的显示数据.经BI C8

7 1 8驱动 器后在相应的数码管上显示出相 应的字形;

②从译码器输出的低电压扫描 信号 依次扫描矩阵键 盘 的列线 . 对键 盘状 态不断进行测试.

2 .

2 显示 器显示器由LED数码管组成.用以显示加热系统的当前 温度.当前需要给定、修改或检查时.能显示有关参数值 .

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3 A , D转换芯片 - A DC

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0 9 其作用是将 输^的模拟信号电压转换成数字信号井输出,它有IN0 ~ 十模拟信号输入端.地址 号由模拟通道选择端CB A 的编码决定.2I4单片机系统 奉系统采用8031单片机可满足控制及运算功能.通过蝙程键,可由数字键输入加温的各段参数,参数设置键可设 置打印周期、年月日时分秒、PID参数.报警值、修整值及运行方式等参数. 系统芯片 与外部设 备信 息交换,是通过地址 总线、数据总线和控制总线进行的. P , , ~ P 作高8位 地址线.~柞低8位 地址兼双向数据线 . 在Po口上 接有地址锁存器芯片74LS373当8031送出地址信号时.它的地址锁存允许端AL E送出高电平信号到锁存器,上脚G, 开通锁存器.使地址号从Po口上 传送到锁存器的输出端 Q ~ C 在传送数据时ALE送出低电平信 号.将74LS373的地 址码锁存.3控制系统 的算 法 设计 计算机温度闭环控制系统 结构框图如 图 2所 囝2温}空闻 环控制系统结构田囝2中 . 被控对象包括从施加的交流电压值到输出温度之间的垒 部环节3.1时间最优控制 c 删,萎制式中为偏差临界值.可 根据实际工艺情况和精度要求选取.L' L ) 为第L次采样时刻的设定 值;

ycL)为第L次采样时刻的反 馈值;

e(L)为第L次采样时刻的偏差值,时间最 优控 制模 式f)>0L)=【 【 ) ≤0 Uc L ) =0 其中L啦)为第L状采样时刻的计算机输出值:c为计算机输出的最太值.在偏差较大 时,采用Ban窟一Bang控 制算法,输出最大控制电压.以快速消除大偏差.实现时间最优控 制.维普资讯 http://www.cqvip.com

6 2 沈阳工业大学学报第21卷3.2积分分离式 P I D控制 在偏差较小时,采用PID控制,可以抑制积分饱合 . 防止 产生超调和振 荡,确保稳 态精度.当Id)l≥e a P D 控制(3)当I)I