電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 畢業(yè)設(shè)計、畢業(yè)論文 題 目 電阻爐溫度控制系統(tǒng) 學 院 專業(yè)班級 指導教師 姓 名 2011 年 6 月 3 日 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 摘 要 本系統(tǒng)由 8051單片機為核心處理器 ,由 74 精度的 A/D 轉(zhuǎn)換電路，采用 8255 和 7404 擴展一個十六位鍵盤及四位 示?？刂品绞綖檎{(diào)功控制，采用了光耦合雙向可控硅來控制 雙向?qū)ňчl管的導通百分比來實現(xiàn)對電阻加熱絲的功率調(diào)節(jié)。在傳感器上選擇了熱電偶作為高精度低成本的金屬傳感器，檢測信號經(jīng)由集成運算放大器 大后進入 電壓信號變?yōu)轭l率信號后進入單片機進行處理。 由鍵盤輸入測溫范圍內(nèi)的溫度后 ,單片機開始控制 雙向?qū)ňчl管的導通百分比進行對電阻加熱絲的功率調(diào)節(jié) ,從而使溫度控制在設(shè)定值 ,并且 動態(tài)的在 顯示 加熱爐內(nèi)的 溫度值。 關(guān)鍵詞 ： 測溫 8051 調(diào)功器 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 051 as 4as , 404to 6 to is to to of so it of as a by to of , 051 by of is to to of of so is at be on 8051 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目 錄 第 1章 概 述 . 1 電阻加熱爐介紹 . 1 電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)的目的和意義 . 1 電阻加熱爐的特點與展望 . 1 控制算法 . 2 模糊控制 . 2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) . 3 . 3 電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計的指導思想 . 5 系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù) . 5 第 2章 方案論證 . 6 單片機的選擇 . 7 溫度傳感器的選擇 . 7 熱電阻 . 8 集成溫度傳感器 . 8 熱電偶 . 8 檢測放大電路的選擇 . 10 采用差分放大電路 . 10 電壓比較器方案 . 10 使用普通集成運算放大電路 . 10 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的選擇 . 11 采用 V/. 11 采用雙積分型 A/. 11 采用逐次逼近型 A/. 12 鍵盤的設(shè)計 . 12 獨立式按鍵接口 . 12 矩陣式鍵盤接口 . 13 顯示器的選擇 . 15 接口芯片 8255A . 17 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第三章 硬件電路設(shè)計 . 20 主控制器 8051單片機 . 20 8051單片機的主要功能如下 . 20 8051單片機的優(yōu)點 . 20 8051單片機的時鐘和復位電路 . 21 8051單片機的引腳圖 . 22 前向通道的設(shè)計 . 23 溫度檢測電路 . 23 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 . 25 后向通道的設(shè)計 . 28 接口電路的設(shè)計 . 30 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 . 32 . 32 程序設(shè)計 . 34 主程序設(shè)計 . 34 中斷程序的設(shè)計 . 35 鍵盤輸入子程序流程圖 . 38 顯示子程序流程圖 . 39 數(shù)字濾波子程序 . 40 數(shù)字濾波的優(yōu)點 . 40 數(shù)字濾波的常用方法 . 40 幾種濾波方法的比較 . 44 總 結(jié) . 45 致 謝 . 46 參考文獻 . 47 附錄 1:電阻爐溫度控制硬件電路 . 49 附錄 2:程序清單 . 50 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 1 章 概 述 電阻加熱爐介紹 電阻 加熱爐和一般燃燒爐 相比具有占地小，無污染，操作管理方便，易 于控制質(zhì)量和熱效率高等優(yōu)點。電阻加熱爐是熱處理生產(chǎn)中應用最廣泛 的加熱設(shè)備，這樣在 加熱時均溫過程的測量與控制就成為關(guān)鍵性的技術(shù)，促使人們更加積極地研究控制熱加工工藝過程的方法。 電阻加熱爐的溫度控制具有升溫單向性，大慣性 、 大滯后 、 時變性等特點。其升溫、保溫是依靠電阻絲加熱，降溫則是依靠環(huán)境自然冷卻。隨著電力工業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展和機械、電子和食品等工業(yè)的發(fā)展，電阻爐的比重和功能亦將不斷增加。電阻加熱爐是典型的工業(yè)過程控制對象，在我國有著廣泛的應用。 電阻加熱爐溫度控制 系統(tǒng)的目的和意義 在工業(yè)領(lǐng)域，如冶金、機械、建材及化工等部門，都大量使用各種爐窯，如用于 熱處理的加熱爐，用于熔化金屬的塔鍋電阻爐等。爐窯運行時，溫度是需要測控的最基本參數(shù)。不同爐窯 的 加熱方法與所用燃料有所差異，但被控對象都可歸于有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)。溫度以往多采用常規(guī)儀表加接觸器 式 的斷續(xù)控制，存在不少固有的缺點。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量與數(shù)量，節(jié)約能源，改善勞動環(huán)境，已逐步采用微機控制技術(shù)。本文將應用目前性能價格比較高的 8051 單片機，對電阻爐進行溫度控制。電阻爐是一類量大而廣的工業(yè)設(shè)備，利用單片機實現(xiàn)爐內(nèi)溫度 的實時控制、數(shù)字顯示，對于提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約能源等都有著積極意義。 電阻加熱爐的特點與展望 在電力穩(wěn)定的供應條件下，電熱爐和燃料爐相比有許多優(yōu)點，特別是不需要燃料貯存、輸送及燃燒后灰渣和龐大的煙氣排放 、 凈化等裝置，從而有占地小 、 裝置 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 簡單 、 操作管理方便和無 同時對加熱質(zhì)量較易控制和保證，可按需要進行整體、局部或表面加熱，從而質(zhì)量高和熱效率高。 由于以上特點，電熱爐適合于高級材料和零部件的制造，節(jié)能效果亦好，從而在汽車、電機、家電和電子等機電加工組裝工業(yè) 得到廣泛應用。今后隨著電力工業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展和加工業(yè)和加工高度化與比重的擴大，電阻爐、感應爐和電 阻絲 加熱等將不斷發(fā)展 ;在鋼鐵工業(yè)、金屬制品和窯業(yè)等高能耗部門，隨著深度加工、高質(zhì)量產(chǎn)品和陶瓷材料等的開發(fā)，加上對節(jié)能和對 阻加熱爐比重亦將擴大 。 控制算法 模糊控制 模糊控制利用隸屬度函數(shù)和模糊合成法則等思想巧妙地綜合了人們的直覺經(jīng)驗，從而在其他經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論不太奏效的場合，如具有純滯后、大慣性、參數(shù)漂移大的非線性不確定分布參數(shù)系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)較滿意的控制，所以 它至少應是一種有效的補充控制手段。反過來也就是說，模糊控制也并非是一味放之任何系統(tǒng)均有效的“萬應藥”。假如某系統(tǒng)可由一組線性微分方程很好地加以描述，那么也就沒必要使用模糊控制了?？梢姡：刂茟糜诠I(yè)過程控制領(lǐng)域相對來講更為合適些 ;另外，量化因子和比例因子的選擇也影響著整個系統(tǒng)的品質(zhì)，這些因素致使簡單模糊控制器存在一些缺陷。 主要是由于模糊控制表的檔級有限而造成，通 過增加量化等級數(shù)目雖可提高精度，但查詢表將過于龐大，往往受物理條件限制。 是因為模糊控制器對某些參數(shù) 變化不敏感，只能說明具有魯棒性，而不能講具有自適應能力。 果查詢表構(gòu)造得不合理或量化因子和比例因子選擇不當，都會導致振蕩現(xiàn)象。 由于以上缺點，不采用模糊控制算法。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從模仿人腦內(nèi)部結(jié)構(gòu)出發(fā)，試圖在模擬推理、自動學習等方面更接近人腦的自組織和并行處理能力，它在模式識別、聚類分析和專家系統(tǒng)等方面已顯出很好的前景 。 模糊理論突出對人的外在表達方式的描述，以模糊邏輯為基礎(chǔ)，抓住人腦思維的模糊性特點，用以模仿人的模糊綜合判斷推理來處理一般數(shù)學控制難以解決的模糊 綜合控制 。 兩者之間存在必然、密切的聯(lián)系 。 神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點之一是不依賴于控制系統(tǒng)的數(shù)學模型，它是通過學習，將輸入與輸出以權(quán)值的方式編碼，將它們關(guān)聯(lián)起來，但以網(wǎng)絡(luò)的表達權(quán)值難以理解為代價換取的，從權(quán)值很難知道網(wǎng)絡(luò)編碼的內(nèi)容是什么 。 另一個問題是它的訓練樣本如何從專家那里取來，如何表達成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能接收的知識，怎么知道它們是否可靠和具有代表性，還不清楚，有用的信息是如何存儲在網(wǎng)絡(luò)中的各神經(jīng)元之中的，其機理尚不清楚，因此關(guān)于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的選擇缺乏充分的理論分析，究竟選擇幾層 ， 每層有多少個神經(jīng)元為可行 ， 對此目前只能憑經(jīng)驗 。 制算法 本文對工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)電阻爐爐溫進行研究，設(shè)計了硬件電路和軟件程序。硬件電路選用 8051單片機，軟件程序采用中斷 查詢 方式。提出了一種 只調(diào)節(jié) 個參數(shù)，來實現(xiàn) 制。與常規(guī) 個參數(shù)調(diào)整相比，省時、高效，為實現(xiàn)簡易的自整定控制帶來方便。電阻爐爐溫為一階慣性純滯后系統(tǒng)，調(diào)節(jié) 得到較為理想的階躍響應曲線。 應用最廣泛的一種控制方法。它結(jié)構(gòu)靈活，不僅可以采用常規(guī)的 且可以根據(jù)系統(tǒng)的要求，采用各 種 完全微分控制，積分分離式 死區(qū)的 速積分 制，比例 制等等。 制器把設(shè)定值與實際輸出值相減 ,得到控 制偏差，偏差值經(jīng)過比例、積分、微分運算后通過線性組合構(gòu)成控制量 ,然后對對象進行控制。雖然計算機控制是離散的，但對于時間常數(shù)比較大的系統(tǒng)來說，其近似于連續(xù)變化。因此，用數(shù)字 且可 以得到比 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 較滿意的效果。所以，用數(shù)字方式模擬 在模擬控制系統(tǒng)中，其過程控制是將被測參 數(shù)，如溫度、壓力、流量、成分、液位等由傳感器變換成統(tǒng)一的標準信號后輸入調(diào)節(jié)器，在調(diào)節(jié)器中與給定值進行比較，再把比較出的差值經(jīng) 變進給量，以達到自動調(diào)節(jié)的目的。在數(shù)字控制系統(tǒng)中則是用數(shù)字調(diào)節(jié)器來代替模擬調(diào)節(jié)器，按偏差的比例、積分和微分進行控制和調(diào)節(jié)，是連續(xù)系統(tǒng)中應用最廣泛的一種調(diào)節(jié)器。在工業(yè)過程控制中，由于控制對象的精確數(shù)學模型難以建立，系統(tǒng)的參數(shù)又經(jīng)常發(fā)生變化，運用現(xiàn)代控制理論分析綜合要耗費很大代價進行模型辨識，建立系統(tǒng)的數(shù)學模型十分困難，應用直接數(shù)字控制方法比較困難，甚至根本不可 能，所以人們經(jīng)常采用 根據(jù)經(jīng)驗進行在線整定，即用實驗和分析的方法來確定數(shù)字 是，常規(guī) 節(jié)三個參數(shù)的整定一般需要經(jīng)驗豐富的工程技術(shù)人員來完成，步驟繁瑣復雜，既耗時又耗力。而且當對象特性變化時，又要重新整定，并且在現(xiàn)代工業(yè)控制過程中，許多被控對象機理復雜，具有多輸入多輸出的強 耦合 性、參數(shù)時變性、嚴重的非線性特性、滯后性等特點。在這種情況下，采用常規(guī) 個參數(shù)的整定比較困難，為此本文提出了采用歸一參數(shù)整定法，即只整定一個參數(shù)，這樣減少了許多工作量，提高了工作效率 ，為實現(xiàn)簡易的自整定控制帶來方便。 隨著計算機運算速度的大幅度提高和存儲信息的大量增加， 節(jié)在工業(yè)過程控制、航空航天領(lǐng)域內(nèi)將得到廣泛的應用，因此研究 有廣泛的應用前景 13。 熱電 阻 爐的發(fā)熱體為電阻絲，常規(guī)方式大多采用模擬儀表測量溫度，并通過控制交流接觸器的通斷時間比例來控制加熱功率。此方法存在某些固有的缺點，如溫度與儀表值不符，溫度延遲等問題。而采用微機進行爐溫控制，可大大提高控制質(zhì)量和自動化水平，具有良好的經(jīng)濟效益。由于模擬儀表本身的測量精度差，加上交流接觸器 的壽命短，通斷比例低，故溫度控制精度低，且無法實現(xiàn)按程序設(shè)定的升溫曲線升溫和故障自診斷功能。本文提出的爐溫控制系統(tǒng)采用高精度放大器及 A/采用溫度傳感器對熱電偶進行冷端補償，利用單片機 8051實現(xiàn)控制算法，按設(shè)定值、所測溫度值、溫度變化速率，自動進行 數(shù)自整定和運算，按程序設(shè)定溫度曲線升溫，具有鍵盤輸 入 及顯示功能，使用 雙向 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 導通可控硅 實現(xiàn)加熱功率的控制，顯著提高了測量精度。 采用單片微型計算機、雙向可控硅調(diào)功、動態(tài)給定和變參數(shù)的 制系統(tǒng)，與以前常用的模擬控制系統(tǒng)比較 ，不但控制精確 (本系統(tǒng)恒溫期間溫度波動可不大于 1 。 )簡單方便，大大減輕運行工人的勞動強度，而且能降低電耗 (本系統(tǒng)電耗降低 10%以上 )，有較好的經(jīng)濟效益和社會效益，使電阻爐的溫度控制提高到一個新的水平。 電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計的指導思想 電 阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)基本主要由溫度檢測系統(tǒng)，信號處理系統(tǒng)，輸入輸出系統(tǒng)，輸出控制系統(tǒng)四部分組成。溫度檢測主要由溫度傳感器構(gòu)成，根據(jù)精度及測量范圍的要求選擇也不同，可以是熱電偶式的，也可以是熱電阻式的，還可以是熱敏電阻或集成溫度傳感器器件的等等。在信號 處理系統(tǒng)原理上無外乎是信號的放大，數(shù)模轉(zhuǎn)換，微機處理一系列環(huán)節(jié)，根據(jù)不同的要求其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也不同，但基本都是遵循這條原則。輸入輸出可根據(jù)不同的需要和不同的場合來設(shè)計，在精度要求高，設(shè)置要求快的環(huán)境下可使用多鍵鍵盤和 晶顯示，在精度和速度要求不高的情況下則可使用簡易鍵盤和 出方面的指導思想是在精度要求高的情況下采用連續(xù)調(diào)節(jié)電阻兩端的電壓進行功率調(diào)節(jié)，而精度要求不是很高的情況下則是通過控制電阻兩端電壓的通斷來進行對溫度的控制。通常都是選用 雙向可控硅 來實現(xiàn)功率調(diào)節(jié) ,這樣能更好的控制溫度 ， 提高 精度。 系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù) 1. 測溫范圍： 0 1000 2. 控制精度： 1 3. 保溫精度 ： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 2 章 方案 論證 系統(tǒng)的組成及工作原理 ： 溫度是 工 業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一，如冶金、機械、食品、化工各類專業(yè)中廣泛使用各種加熱爐、熱處理爐、反應爐等，對工件的處理溫度要求嚴格控制。圖 2電阻爐爐溫控制系統(tǒng)原理圖，控制過程是這樣的 :單片機定時對爐溫進行檢測，經(jīng) A/送到微機進行判斷和運算，得到應有的控制量，去控制加熱功率，從而實現(xiàn)對溫度的控 制。 具體包括 : 爐溫按預定的溫度一時間關(guān)系變化，這主要在控制程序中考慮。 400 1000 ，這就涉及到測溫元件、電爐功率等的選擇。 調(diào)量等指標，這涉及到 A/D 轉(zhuǎn)換精度、控制規(guī)律的選擇等。 本文用 8051 單片機實現(xiàn)控制，為了便于用戶根據(jù)不同的實際需要對工作方式及其他參數(shù)組態(tài)進行修改，要求所有的參數(shù)及組態(tài)狀況均可通過面板的幾個操作鍵輸入、檢查、修改，并可在斷電情況下，使參數(shù)保存半年。為了便于與上級計算機構(gòu)成兩級控制系統(tǒng)，在單片機控制系統(tǒng)中還加入了 通信功能。采用 口，通信速率為 1200b/s, 2400b/s. 4800b/s 和 9600b/s 等四種波特率，由用戶通過鍵盤 自行 按需要選擇。系統(tǒng)的測量值和所有設(shè)定參數(shù)均由 數(shù)清晰，直觀?？刂破鞯慕Y(jié)構(gòu)如圖 2 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2制原理圖 單片機的選擇 在大學期間我們主要學習了 8031 和 8051 兩種單片機，他們都是 列單片機的代表產(chǎn)品，因為 8031 單片機片內(nèi)無程序存儲 器，在使用時需要外部加擴展，而 8051 片內(nèi)有 4程序存儲器，無須外部擴展，電路設(shè)計也更簡單，所以設(shè)計選擇了 8051單片機。 系統(tǒng)采用 051， 司于 1980年推出的產(chǎn)品，與 片機相比，它的結(jié)構(gòu)更先進，功能更強，在原來的基礎(chǔ)上增加了更多的電路單元和指令 ,指令數(shù)達 111條， 直到現(xiàn) 在， 列或其兼容的單片機仍是應用的主流產(chǎn)品，各高校 及專業(yè)學校的培訓教材仍與 片機作為代表進行理論 基礎(chǔ)學習。8051 是 內(nèi)部集成了功能強大的中央處理器，包含了硬件乘除法器、 21 個專用控制寄存器、 4128 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器、 4組 8位的并行口、兩個 16位的可編程定時 /計數(shù)器、一個全雙工的串行口以及布爾處理器 3。 溫度 傳感器的 選擇 溫度是表征物體冷熱程度的物理量。它與人們生活關(guān)系最為密切，是工業(yè)控制中的四大物理量（溫度 、 壓力 、 流量和物位）之一，也是人們研究最早 、檢測 方法 節(jié) 被控過程執(zhí)行機構(gòu)溫度檢測與變送溫度買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 最多的物理量之一。各種不同的物體有著不同的溫度范圍，從總體來說 ，溫度分布范圍極廣，加上被控對象的種類繁多，雖然溫度的傳感器種類很多，但至今沒有一種溫度傳感器能覆蓋整個溫度范圍，而又能滿足一定的測量精度。只能根據(jù)不同的溫度范圍和不同的被測對象，適當選擇不同的傳感器。 熱電 阻 熱電阻材料一般 有 兩類：貴金屬和非金屬。熱 電阻利用物質(zhì)在溫度變化時本身電阻也隨著發(fā)生變化的特性來測量溫度的 ， 被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測量的 。 熱電阻的受熱部分（感溫元件）是用細金屬絲均勻的纏繞在絕緣材料制成的骨架上，當被測介質(zhì)中有溫度梯度存在時，所測得的溫度是感溫元件 所在范圍內(nèi)介質(zhì)層中的平均溫度。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測量精確度最高。 因為 熱電阻是中低溫區(qū)常用的一種測溫元件 ，其測溫范圍一般在 +500，在本設(shè)計中遠遠低于最高溫度的要求，所以不采用它測溫。 集成溫度傳感器 集成溫度傳感器是把溫度傳感器與放大電路等后續(xù)，利用集成化技術(shù)制作在同一芯片的功能器件。這種傳感器輸出信號大，與溫度有較好的線性關(guān)系、小型化、成本低、使用方便、測量精度高等優(yōu)點。 由于感溫元件與全部其他電器都集中在一個小芯片，所以傳感器的功 耗及自 然效應，以及在工作溫度范圍內(nèi)電路元件的熱穩(wěn)定性，是影響這種傳感器性能的主要因素。集成電路溫度傳感器的工作范圍是 +150 ，低于設(shè)計要求，不予采用。 熱電偶 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。其優(yōu)點是： 測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。 測量范圍廣。常用的熱電偶從 +1600 均可 持續(xù) 測量，某些特殊熱電偶最低可測到 （如金鐵鎳鉻），最高可達 +2800 （如鎢 構(gòu)造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲 組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護套管，用起來非常方便。 1熱電偶測溫基本原理 將兩種不同材料的導體或半導體 A 和 B 焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路，當導體A 和 B 的兩個執(zhí)著點之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢 ,因而在回路中形成一 定 大小的電流 ,這種現(xiàn)象稱為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來工作的。 2熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)形成 （ 1）熱電偶的種類 常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。所 謂 標準熱電偶是指國家標準規(guī)定了其熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標準分度表的熱 電偶，它 有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標準化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。 熱 電偶標準我 國從 1988 年 1 月 1 日起 制定 ，熱電偶和熱電阻全部按 際標準生產(chǎn)，并指定 B、 S、 K、 E、 標準化熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計型熱電偶。 （ 2）熱點偶的冷端補償 由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時），而測溫點到儀表的距離都很遠，為了節(jié)省熱 電 偶材料，降低成本，通常采用補償導線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端 子 上 。必須指出，熱電偶補償導線的作用只 是 延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。因此，還需采用其他修正方法來補償冷端溫度 時對測溫的影響。 在使用熱電偶補償導線時必須注意型號相配，極性不能接錯，補償導線與熱電偶連接端的溫度不能超過 100 。 本設(shè)計要求的測溫范圍在 0 1000，溫度較高，因此選擇熱電偶中的 以滿足設(shè)計要求，所以溫度傳感器選擇熱電偶 10。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 檢測放大電路的選擇 放大是最基本的 模擬信號處理功能，它是通過放大電路實現(xiàn)的，大多數(shù)模擬電子系統(tǒng)都應用了不同類型的放大電路。因為檢測外部物理信號的傳感器所輸出的電信號通常是很微弱的，對這些能量過于微弱的信號，既無法直接顯示，一般也很難作進一步處理。通常必須把它們放大到一定的數(shù)量級，才能被數(shù)字儀表或傳統(tǒng)的指針式儀表顯示出來。 采用差分放大電路 差分放大電路是由典型的工作點穩(wěn)定電路演變而來的，它是構(gòu)成多級直接耦合放大電路的基本單元電路，但是差分放大電路應用的元件小而多，會把電路復雜化，因此應選用集成度更高的，精度也更高的元件 ,所 以不予采用。 電壓比較器方案 電壓比較器的功能是比較兩個電壓的大小，例如將一個信號電壓 一個參考電壓 行比較，在 1 1 1 - 2返回買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 圖 4主程序流程圖 中斷程序的設(shè)計 斷服務程序框圖如圖 4示，圖中可見， 斷服務程序是溫度控制系統(tǒng)的主體程序，用于采樣爐溫、讀入采樣數(shù)據(jù)、數(shù)字濾波、 腳上輸出控制脈沖等。在 8051把計算出的 得補碼送入 為高電平“ 1”狀態(tài)和啟動 作，另一方面是進行溫度 標度轉(zhuǎn)換、把本次采樣的溫度值放入顯示緩沖區(qū)和調(diào)用溫度顯示程序，然后等待 斷，并在該中斷服務程序中使 位成低電平“ 0”狀態(tài)，以便在 腳上形成一個正控制脈沖，控制加在可控硅管控制板上過零同步脈沖個數(shù)，達到對爐內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)。 開始設(shè)定堆棧指針清標志和暫存單元清顯示緩從器區(qū)T 0 初始化開斷掃描鍵盤買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 圖 4 保護現(xiàn)場 K ) 求補取最小 P I D 值輸出紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 圖 4T 1 中斷程序停止輸出清標志 D 5 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 鍵 盤 輸入子程序流程圖 圖 4盤 輸入 程序 調(diào)用顯示子程序延遲 6 2 次調(diào)用顯示子程序延遲 12 堆棧有鍵盤閉合 ？閉合鍵釋放否 ？輸入鍵號 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 顯示子程序流程圖 圖 4顯示子程序 掃描模式置初值 07 H R 3R 3 8255 A 口顯示數(shù)據(jù) 8 2 5 5 B 口延遲 5 0 加 1顯示緩沖區(qū)置初值 79 H R 0（ R 3 ） . 5 = 1 ？R 3 左移一位紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 數(shù)字濾波子程序 數(shù)字濾波的優(yōu)點 一般微機應用系統(tǒng)的輸入信號中，均含有種種噪音和干擾，它們來自被測信號源本身、傳感器、外界干擾等。為了進行準確測量和控制，必須消除被測信號中的噪音和干擾。噪音有兩大類 :一類為周期性的，另一類為不規(guī)則隨機性的。前者的典型代表為 50于這類信號，可以采用積分時間等于 20，能有效的消除其影響。后者為隨機信號，而不是周期信號對于隨機干擾，可以用數(shù)字濾波方法加以消弱或濾除。所謂數(shù)字濾波，就是通過程序計算或判斷以減少干擾在有用信號中的比重，故實際上它是一種程序濾波。數(shù)字濾波克服了模擬濾波器的不足，它與模擬濾波器相比，有以下幾個優(yōu)點 : （ 1）數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要增加硬設(shè)備，所以可靠性高，穩(wěn)定性好。 （ 2）數(shù)字濾波可以對頻率很低 (如 z)的信號實現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器的缺陷。 （ 3）模擬濾波器通常每個通道都有，而數(shù)字濾波器則可以多個通道共用，從而降低成本。 （ 4）數(shù)字濾波器可以根據(jù)信號的不同，采用不同的濾波方法或濾波參數(shù)，具有靈活、方便、功能強的特點。 由于數(shù)字濾波器具有以上優(yōu)點，所以數(shù)字濾波在微機應用系統(tǒng)中得到了廣泛的應用 16。 數(shù)字濾波的常用方法 （ 1） 算術(shù)平均濾波程序 算術(shù)平均法是輸入一次采樣的 i (1為 1并尋找這樣一個 y,使 )(m 1 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 （ 由一元函數(shù)求極值原理可得 （ 這時， 式 (是算術(shù)平均值法的算式。 設(shè)第二次測量的測量值包含信號成分 i，則進行 N 次測量的信號成分之和為 （ 噪音的強度是用均方根來衡量的，當噪音為隨機信號時，進行 N 次測量的噪音強度之和為 （ 上述兩式中， S、 次測量后信號和噪音的平均幅度。 這樣對 （ 式中 S/此，采用算術(shù)平均法后，使信噪比提高了 算術(shù)平均值法適用于一般的具有隨機干擾的信號濾波，并特別適合于信號本身在某一數(shù)值范圍附近作上下波動的情況，如流量、液平面等信號的測量。由式 (知，算術(shù)平均值法對信號的平滑濾波程序完全取決于 N。當 滑度高，但靈敏度低，即外界信號的變化對測量計算結(jié)果 y 的影響小 ;當 N 較小時，平滑度較低但靈敏度高。因此，應按具體情況選取 N，如對流量的測量，可取 N=8到 16: 11 21*N C*N S S*N 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 對壓力的測量，可取 N=4 等。 算術(shù)平均值法程序可直接按式 (出，只是需注意兩點 :一是 輸入方法。 對于定時測量，為了減少數(shù)據(jù)的存儲容量，可對測得的 直接按式 (行計算，但對某些應用場合，為了加快數(shù)據(jù)測量的速度，可采用先測量數(shù)據(jù)，并把它先存放在存儲器中，測量完 對測得的 是選取適當?shù)?x、 x、 用浮點數(shù)計算比較方便，但計算時間較長 ;采用定點數(shù)可加快計算速度，但是必須考慮累加時是否會產(chǎn)生溢出，如數(shù)據(jù)為 14 為的二進制定點數(shù)，可采用雙字節(jié)運算，但當 N4 時就可能產(chǎn)生溢出。 （ 2）滑動平均值濾波程序 算術(shù)平均濾波法，每計算一次數(shù)據(jù)，需 測量 于測量速度較慢或要求數(shù)據(jù)計算速率較高的實時系統(tǒng)，該方法是無法使用的。如假設(shè) A/0 次，而要求每秒輸入 4 次數(shù)據(jù)時，則 N 不能大于 2。下面介紹一種只需進行一次測量，就能得到一個新的算術(shù)平均值的方法 滑動平均值法。 滑動平均值法采用隊列作為測量數(shù)據(jù)存儲器，隊列的隊長固定為 N，每進行一次新的測量，把測得的結(jié)果放入隊尾，而扔掉原來隊首的一個數(shù)據(jù)，這樣在隊列始終有 算平均值時，只要把隊列中的 的得到新的算術(shù)平均值。這樣每進行一次測量，就可得到一個新 的算術(shù)平均值。 上面介紹的這兩種平均值方法，都是采用算術(shù)平均的方法，在這種方法中，對于 其結(jié)果中的比重是相等的。但是有時為了提高濾波效果，將各采樣值取不同的比例，然后再相加，此種方法即為加權(quán)平均法。一個 式中 .、 為常數(shù)項，應滿足下列關(guān)系： 式中 、 根據(jù)具體情況決定，一般采樣次數(shù)愈靠后，取的比例愈大，這樣可增加新的采樣值在平均值中的比例。其目的是 101n 101紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 增加信號的某一部分，抑制信號的另一部分 。 為計算方便，可取各加權(quán)系數(shù) 為整數(shù)且總和為 256，加權(quán)運算之后的累加和 以 256 以后便是有效采樣值。各加權(quán)系數(shù)用一個表格存放在 。各次采用值依次存放在 。 （ 3）擾平均值濾波 (復合濾波 ) 在工業(yè)控制等應用場合中，經(jīng)常會遇到尖脈沖干擾的現(xiàn)象。干擾通常只影響個別采樣點數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)與其他采樣點數(shù)據(jù)相差比較大。如果采用一般的平均值法，則干擾將“平均”到計算結(jié)果上去，故平均值法不易消除由干擾脈沖引起的采樣值的偏差。為此，可采取先對平均值法的 按大小順序排隊 后，除掉其中最大值和最小值，然后計算余下的 種方法即可濾去脈沖干擾又可濾除小的隨機干擾。 在實際應用中， N 可取任何值，但為了加快數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理速度，一般 常 。這時即為四取二再取平均值法。它具有計算方便、速度快、需存儲容量小等特點，因而得到了廣泛的應用。 （ 4）程序判斷濾波 當采樣信號由于隨機干擾、誤檢測或者轉(zhuǎn)換器不穩(wěn)定而引起嚴重失真時，可采用程序判斷濾波。 程序判斷濾波的方法，是根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，確定出兩次采樣輸入信號可能出現(xiàn)的最大偏差 x，若超過此偏差值，則表 明本次輸入信號是干擾信號，應該去掉。若小于此偏差值，則表明本次采樣信號有效，可作為本次采樣值。 程序判斷濾波根據(jù)濾波方法不同，可分限幅濾波和限速濾波兩種。 限幅濾波 : 所謂限幅濾波就是把兩次相鄰的采樣值進行相減，求出其增量，然后有兩次采樣允許的最大差值進行比較，如果小于或等于 x，則取本次采樣值 ;如果大于 x，則仍取上次采樣值作為本次采樣值。 為了加快程序的判斷速度，將經(jīng)驗限額值取反，后以立即數(shù)的形式編入程序中，然后用加法運算來取代比較運算。如果相鄰兩次采樣值最大變化范圍不超過 #04H，取反為即為 #0變化量為 #05H 時，與經(jīng)驗限額值的反碼 #0加后即產(chǎn)生進位，從而為判斷指令提供了判斷標志位。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 限速濾波 : 設(shè)順序采樣時刻 當區(qū) |2 x，則 | x，則 采用，但仍保留，再繼續(xù)采樣一次，得 x，則 入計算機 ; | x，則 (x2+2 輸入計算機。 這是一種折中的方法，即照顧了采樣的實時性，又照顧了采樣的連續(xù)性。程序判斷濾波程序，可用于變化比較緩慢的參數(shù)如溫度 、液位等。 幾種濾波方法的比較 以上介紹了幾種常用的數(shù)字濾波程序。隨著微機控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字濾波方法將越來越完善，每種濾波程序都有其各自的特點，可根據(jù)具體的測量參數(shù)進行合理的利用。在具體選用濾波方法時需從以下幾個個方面加以考慮 : （ 1）濾波效果 一般說來，對于變化比較緩慢的參數(shù)如溫度，可選用程序判斷濾波以及一階滯后濾波方法比較好 ;而對于變化較快的脈沖參數(shù)，則可選用算術(shù)平均和加權(quán)平均濾波方法，而且 加權(quán) 平均濾波方法比算術(shù)平均方法更好 22。 （ 2）濾波時間 在考慮濾波效果的前提下，應盡量采 用執(zhí)行時間比較短的程序，如果微機的時間允許，則可采用效果較好的復合濾波程序。 需要說明的是，數(shù)字濾波固然是消除微機控制系統(tǒng)干擾的好方法，但一定要注意，并不是在任何一個系統(tǒng)種都需要進行數(shù)字濾波。有時不適當?shù)牟捎脭?shù)字濾波反而適得其反，造成不良影響。如在自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，采用數(shù)字濾波有時會把偏差值濾掉，因而使系統(tǒng)失去調(diào)節(jié)作用。因此，在設(shè)計微機控制系統(tǒng)時，要不要數(shù)字濾波，或者到底采用哪一種形式的濾波方法，一定要根據(jù)實驗后確定，絕對不能照搬硬套。 微機控制系統(tǒng)通