葉臘石烘干爐溫度控制系統(tǒng)的研制

1、編號： GUILIN UNrVERSITY OF ELECTRONIC TECHNOLOGY畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書題 目葉臘石烘干爐溫度控制系統(tǒng)的研制摘要葉臘石是合成人造金剛石的重要原料之一， 研究葉臘石烘干爐的工作原理對合成金 剛石的品質(zhì)和單產(chǎn)起重要作用。葉臘石塊是包裹碳棒的主要材料，起到傳壓、密封、保 溫的作用。碳棒合成金剛石是一個高溫高壓的過程，葉臘石塊中水分的含量，直接影響 到生產(chǎn)過程的安全。葉臘石塊中水分的烘干主要通過烘烤環(huán)節(jié)完成?，F(xiàn)有的烘烤設(shè)備自 動化程度低，勞動力耗費(fèi)較大，生產(chǎn)效率低。此外，現(xiàn)有設(shè)備也缺少系統(tǒng)工作異常的檢 測和報警功能。本文針對現(xiàn)有葉臘石烘干爐存在的問題，在控制方

2、法，硬件設(shè)計和軟件設(shè)計上提出相應(yīng)的解決方法。作者在葉臘石烘干爐工作原理的基礎(chǔ)上，以單片機(jī)（AT89S52）為主控制器，設(shè)計、制作了一套葉臘石烘干爐控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有三段保溫功能，可隨時 保存和調(diào)用歷史數(shù)據(jù)，能顯示溫度和時間（LCD），并在超溫及發(fā)生故障時發(fā)出報警并 自動切斷加熱源以保護(hù)設(shè)備。該方法通過控制晶閘管的通斷比來調(diào)節(jié)輸出功率以取代常 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙第1頁共66頁用的電壓調(diào)節(jié)，并將增量式PID控制算法應(yīng)用于閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)中， 從而在設(shè)計中實(shí) 現(xiàn)對溫度的測量，顯示及控制。文章中詳細(xì)的分析了系統(tǒng)設(shè)計方案的選擇與硬件電路的 設(shè)計并且給出了系統(tǒng)的調(diào)試過程及部份軟件程

3、序。關(guān)鍵詞：AT89S52; PID控制；溫度控制；葉臘石烘干爐AbstractPyrophyllite is one of the important raw materials of synthetic diamond. Pyrophyllite drying furn ace works play an importa nt role in the quality and yield of the syn thetic diam ond. Pyrophyllite block is the main material wrapped carb on rod, primarily as t

4、he mass pressure ,seali ng and thermal in sulati on effect .Carb on turning to syn thetic diam ond is a process of high temperature and pressure; Pyrophyllite block the moisture content directly affects the safety of the production process. Pyrophyllite blocks moisture drying by baking link. The bak

5、ing low degree of automation equipment and labor-consuming greater product ion efficie ncy is low. In additi on, the existi ng bak ing equipme nt is also lack of system work ing abno rmal detecti on and alarm fun cti on.This paper aiming at finding out the solution on the control methods, hardware a

6、nd software design of the existing problems of pyrophyllite drying furnace. Author is On the basis of the pyrophyllite drying furn ace works, and using the Microc on troller (AT89S52) as the mai n con troller to desig n the product ion of a pyrophyllite drying furn ace con trol system. It has three

7、sections of insulation functions. Its historical data can be saved and recalled at any time. It can display the temperature and time by the LCD. And it can automatically cut off the heat source to protect the equipment, when the temperature is over the setting value or malf unction. The method throu

8、gh con troll ing the on-off thyristor to regulate the output power in stead of the com mon ly used voltage regulati on, and used the in creme ntal PID con trol algorithm in a closed loop temperature control system, which is realized in the design of the temperature measurement, display and control.

9、The article detailed analysis of the choice of system design and hardware design andgive out the debugging process and some software programs.Keyword: AT89S52; PID control; Temperature control; Pyrophyllite drying oven11 緒論11.1 研究的目的和意義11.2葉臘石烘干爐溫度控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀 11.3對葉臘石烘干爐存在的問題提出解決的方法 21.4被控對象及控制策略研究21.4.

10、1被控對象特點(diǎn)21.4.2葉臘石烘烤工藝分析31.4.3 控制方法分析42 葉臘石烘干爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 92.1 設(shè)計任務(wù)要求92.2系統(tǒng)原理框圖92.3 設(shè)計方案論證 102.3.1主控制器102.3.2溫度檢測部分112.3.3顯示部分122.3.4加熱控制部分122.3.5電源電路部分132.3.6其他設(shè)計部分133各模塊硬件電路設(shè)計分析143.1主控制電路的設(shè)計143.1.1 AT89S52 單片機(jī)介紹 143.1.2主控制電路163.2加熱控制電路設(shè)計173.3 LCD顯示電路設(shè)計 183.5溫度采集電路設(shè)計 193.5.1 PT100傳感器測溫原理和特性 19桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)

11、設(shè)計（論文）報告用紙第3頁共66頁3.5.2恒流源設(shè)計 203.5.3放大電路設(shè)計213.5.4 A/D 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計233.6 電源電路設(shè)計 253.6.1單片機(jī)供電電源設(shè)計 253.6.2掉電保護(hù)電路設(shè)計 263.7 報警電路設(shè)計 263.8 存儲電路設(shè)計 274 系統(tǒng)軟件設(shè)計294.1 系統(tǒng)總程序設(shè)計框圖 294.2各部分軟件設(shè)計簡述295 系統(tǒng)調(diào)試335.1 硬件調(diào)試335.2軟件調(diào)試336 結(jié)束語37致 謝38參考文獻(xiàn)39附 錄40附件一：程序清單 40附件二：PCE原理圖 65附件三：電路原理圖66#桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙第1頁共66頁1緒論葉臘石的烘烤品質(zhì)對人

12、造金剛石的產(chǎn)量和質(zhì)量都起著非常重要的作用， 本章詳細(xì)介 紹了葉臘石對人造金剛石產(chǎn)量影響的歷史背景和重要意義， 仔細(xì)分析了葉臘石烘干爐的 特性，并針對現(xiàn)有葉臘石烘干爐的缺點(diǎn)提出相應(yīng)的解決方案。1.1研究的目的和意義20世紀(jì)90年代開始我國金剛石產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，產(chǎn)量居世界第一，約占世界金剛石 產(chǎn)量的70%以上。金剛石為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了強(qiáng)大動力，目前金剛石工具已廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘探、石材、機(jī)械、汽車及國防工業(yè)等各個領(lǐng)域。機(jī)械加工用的磨具、地質(zhì)鉆頭 及石材鋸切工具的制造工藝水平已有很大提高。在金剛石加工領(lǐng)域中，葉臘石塊是一種不可缺少的材料。葉臘石塊，碳棒，導(dǎo)電堵 頭共同組成了人造金剛石塊。合成塊在高溫高

13、壓的條件下，按照一定的步驟流程將碳棒 合成為金剛石。葉臘石是在自然條件下形成的一種硅酸鹽礦物， 在超高溫超高壓的條件下常被用作 高壓腔的介質(zhì)，其能較好的解決高壓固體封閉，壓力傳遞，隔熱，電絕緣，試樣支撐等 問題，因而在金剛石高壓合成中被廣泛應(yīng)用。葉臘石塊是經(jīng)過的葉臘石粉碎，過篩，混合，攪拌，封存等一系列工藝并在專用液 壓機(jī)下入模，壓制成型后，經(jīng)烤箱烘干其水分，最后降溫而成。葉臘石塊中的水分含量 直接影響生產(chǎn)安全，如果水分過多在金剛石壓機(jī)中施加高壓時容易發(fā)生爆炸，對人身財 產(chǎn)安全造成巨大的損失。葉臘石塊水分的烘干主要在烘干爐內(nèi)完成，核心是烤箱溫度按 照一定的工藝曲線變化進(jìn)行控制，并配合排濕動作促

14、成水分散發(fā)，因此對葉臘石烘干爐 溫度控制系統(tǒng)的研究具有很大的研究意義。目前我國對葉臘石烘干爐溫度控制系統(tǒng)的研究較少，自動化程度低，操作人員要按 照溫度工藝曲線定時啟動，關(guān)閉排濕動作，需耗費(fèi)較大的勞動力，而且在長期工作下， 工人勞累困乏往往不能按照烘烤工藝進(jìn)行操作，造成葉臘石塊的質(zhì)量得不到保證，且有 可能會引發(fā)安全問題。通過對葉臘石烘干爐溫度控制系統(tǒng)的研究改進(jìn)，不但會提高葉臘石塊的生產(chǎn)質(zhì)量， 穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率，而且能降低工人的勞動強(qiáng)度。隨著葉臘石塊質(zhì)量的提高，大大降低 合成金剛石過程中發(fā)生事故的概率，對人造金剛石的生產(chǎn)領(lǐng)域具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。1.2葉臘石烘干爐溫度控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀目前我國對葉臘石烘

15、干爐溫度控制系統(tǒng)的研究較少， 市場上使用的烘干烤箱制作簡 單，控制效果不佳，自動化程度低，其主要具有以下幾個特點(diǎn)：（1）現(xiàn)有的葉臘石烘干爐規(guī)格不統(tǒng)一，通常以作坊式生產(chǎn)為主，控制方法和手段相 當(dāng)簡單。（2）葉臘石烘干爐多采用溫度儀進(jìn)行溫度控制，控制方法常采用簡單的兩點(diǎn)式控制， 控制效果不佳，穩(wěn)定性差，精度低，抗干擾能力差。（3）葉臘石烘干爐溫度控制系統(tǒng)自動化程度低，工人勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，且 生產(chǎn)工藝不容易得到保障。（4）系統(tǒng)不具備故障報警功能，對嚴(yán)重影響葉臘石塊質(zhì)量的情況，工作人員無法進(jìn) 行判斷。1.3對葉臘石烘干爐存在的問題提出解決的方法烘烤環(huán)節(jié)的目的就是在不改變?nèi)~臘石塊的形狀，結(jié)構(gòu)和表

16、面質(zhì)量等的情況下，對葉 臘石塊的水分進(jìn)行烘烤干凈?，F(xiàn)對烤箱存在的一些問題在本設(shè)計中提出一些解決方案。（1）現(xiàn)有的烤箱沒有異常檢測和報警功能，當(dāng)發(fā)生掉電或超過要求的加熱溫度時無 法進(jìn)行檢測，這將嚴(yán)重影響葉臘石塊的烘烤質(zhì)量。本設(shè)計利用蜂鳴器報警電路進(jìn)行報警， 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生掉電和超溫故障時向單片機(jī)發(fā)出中斷信號，由單片機(jī)控制蜂鳴器鳴響報警。（2）葉臘石烘干爐的響應(yīng)速度慢，精度低，穩(wěn)定性差，抗干擾能力差。本設(shè)計引進(jìn) 傳統(tǒng)PID控制原理并加上積分分離算法抑制積分飽和， 可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，適應(yīng)性 等性能，解決被控對象的模型參數(shù)的時變問題。（3）烘干爐自動化控制程度低，長時間的烘烤和排濕工藝由人監(jiān)督操作完成

17、，由于人的困乏勞累往往不能嚴(yán)格進(jìn)行工藝操作，容易造成葉臘石塊烘烤質(zhì)量得不到保障。本 設(shè)計用AT89S52控制晶閘管的通斷來控制加熱源自動按照工藝曲線進(jìn)行烘烤，并通過液晶LCD進(jìn)行實(shí)時顯示。1.4被控對象及控制策略研究在控制一個對象之前，必須對該對象的一些特性進(jìn)行研究，只有掌握了該對象的特 點(diǎn)才能找到適合其的控制方式。不同的研究對象具有不同的特點(diǎn)，需要采取不同的控制 策略。以下對葉臘石烘干爐的特性進(jìn)行分析。1.4.1被控對象特點(diǎn)葉臘石烤箱體積大，箱底部安裝有排濕風(fēng)扇便于排水，有專門的溫度傳感器安裝位 置。葉臘石塊在烤箱內(nèi)分布比較密集，在烘烤過程中伴有排濕動作和偶爾的開門動作帶 來的擾動，其溫度控

18、制系統(tǒng)復(fù)雜，具有以下特點(diǎn)：（1）葉臘石烤箱溫度控制系統(tǒng)是一個大慣性大滯后的復(fù)雜系統(tǒng)，控制過程有很多不 確定因素，如開門動作造成的擾動1桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙第7頁共66頁（2）烤箱內(nèi)葉臘石分布密集，在烤箱工作的不同時期，葉臘石的水分含量不同，導(dǎo) 致烤箱內(nèi)水蒸氣的含量不同，烤箱的環(huán)境參數(shù)會改變。多樣化的葉臘石型號也會是控制 對象參數(shù)發(fā)生變化。（3）由于控制過程中，系統(tǒng)會受到隨機(jī)噪聲，外部負(fù)載變化，環(huán)境變化等的干擾， 測量和控制噪聲的存在也會使系統(tǒng)的控制精度下降。142葉臘石烘烤工藝分析葉臘石的烘烤工藝選擇非常關(guān)鍵，烘烤工藝的好壞嚴(yán)重影響葉臘石的生產(chǎn)質(zhì)量，不 同規(guī)格的烤箱和不同規(guī)

19、格的葉臘石，烘烤工藝不盡相同。葉臘石烤箱的最終目的是把葉 臘石塊中的水分烘烤干凈，但是葉臘石塊在制作過程中已經(jīng)被壓得很實(shí)，很堅硬，水分 不易被烘干，其實(shí)物圖如圖1-1所示。綜上我們需對葉臘石塊烘烤過程中的各階段特性 進(jìn)行分析。（1）烘烤初始階段：葉臘石所含水分較多，如果溫度上升過快過高，葉臘石表面出 現(xiàn)氣泡嚴(yán)重影響葉臘石的烘烤質(zhì)量。所以在烘烤初期選擇低溫度且溫度波動不能太大。（2）在烘烤中期：經(jīng)過第一步的烘烤，葉臘石大部分水分已排出，僅剩下較內(nèi)部的水 分。所以要適當(dāng)提高烘烤溫度，并在合適的溫度點(diǎn)保持一段時間保溫和一定頻率的水分 的排除。（3）烘烤的最后階段：在最后階段水分已經(jīng)排除得差不多了，但

20、因烤箱內(nèi)部溫度分布 不均勻，葉臘石分布比較密集，有某些葉臘石塊烘烤不到位，水分還沒烘烤完畢，因此采 用高溫下保溫的策略，防止因內(nèi)部溫度不均導(dǎo)致葉臘石塊烘烤效果不好，水分沒排出完全。圖1-1葉臘石塊實(shí)物圖1.4.3控制方法分析(1)根據(jù)控制對象的特點(diǎn)和設(shè)計要求，本系統(tǒng)采用閉環(huán)控制其框圖如圖1-2所示：圖1-2閉環(huán)控制原理框圖5(2)PID控制原理普遍采用的控制方法為PID控制，其在機(jī)械，化工，冶金等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。 當(dāng)我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù) 時，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制包含比例，積分，微分控制，結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性 好，工作可靠，調(diào)整方

21、便。其控制原理框圖如圖1-3所示：圖1-3 PID控制系統(tǒng)原理框圖 則PID控制的表達(dá)式為：1 tde(t)(1-1)u(t) =Kpe(t) °e(t)dt Td Ti 0dt其中：比例控制(P)作用：當(dāng)前值和給定值存在誤差時，控制器將以最快的速度作用以 減少誤差。比例系數(shù)Kp越大，系統(tǒng)反應(yīng)越快，Kp越小系統(tǒng)響應(yīng)越慢，調(diào)節(jié)時間越長。 但過大的比例系數(shù)容易產(chǎn)生超調(diào)，導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性下降。積分控制作用：積分控制作用主要是消除靜差，積分系數(shù) Ki越大，靜差消除的速 度越快。但過大的Ki在相應(yīng)初期容易引起飽和現(xiàn)象，使超調(diào)過大。過小的 Ki消除靜差 的速度較慢，影響調(diào)節(jié)精度。微分控制的作用：微

22、分控制能改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，反應(yīng)誤差的變化趨勢，抑制誤 差向任何方向發(fā)展。具有提前預(yù)報，減小調(diào)節(jié)時間，提高系統(tǒng)反應(yīng)速度的作用。但若微 分系數(shù)Kd過大，會降低系統(tǒng)的抗干擾能力。（3） PID參數(shù)整定要得到比較好的控制效果就要采用較合適的PID參數(shù)，所以參數(shù)整定是PID控制的核心。在工程應(yīng)用中，PID參數(shù)方法有試湊法（trial a nd error），臨界比例法，階躍曲線試湊法整定步驟：先加入比例環(huán)節(jié)，將其他環(huán)節(jié)的參數(shù)設(shè)定為零，當(dāng)僅調(diào)節(jié)比例環(huán) 節(jié)參數(shù)，系統(tǒng)靜差還達(dá)不到設(shè)計要求時，需要加入積分環(huán)節(jié)。若使用比例積分調(diào)節(jié)器能 消除靜差，但動態(tài)過程經(jīng)反復(fù)調(diào)節(jié)后仍達(dá)不到要求，則要加入微分環(huán)節(jié)。臨界比例整定

23、法：設(shè)置積分微分環(huán)節(jié)的系數(shù)為 0,逐步增大比例系數(shù)直到系統(tǒng)剛好 震蕩即臨界狀態(tài)。確定這時的增益為 Kr,時間為Tr。則有Kp=3*Kr/5Ki=6*Kr/(5*Tr)(1-2)(1-3)Kd=3*Kr*Tr/40（1-4）階躍曲線整定法：數(shù)字控制器不接入控制系統(tǒng)，系統(tǒng)開環(huán)，并處于手動狀態(tài)，再手動給對象輸入階躍信號。記錄系統(tǒng)對階躍信號的響應(yīng)曲線。根據(jù)曲線求得滯后時間t,被控對象時間常數(shù)Tt，其階躍響應(yīng)曲線如圖1-4所示。則有(1-5) (1-6)(1-7)Kp=T t/tKi=0.8T tU0/t圖1-4階躍響應(yīng)曲線在實(shí)際調(diào)試中有以下有用的經(jīng)驗(yàn)口訣：對于溫度系統(tǒng)：P（ %）20-60，I （分）

24、3-10，D （分）0.5 3；對于壓力系統(tǒng)：P（ %）30-70，I （分）0.4 3；對于液位系統(tǒng)：P (%) 20-80, I (分)1 5;參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查；先是比例后積分，最后再把微分加；曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大；曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳；曲線偏離回復(fù)慢，積分時間往下降；曲線波動周期長，積分時間再加長；曲線振蕩頻率快，先把微分降下來；動差大來波動慢。微分時間應(yīng)加長；理想曲線兩個波，前高后低4比1；一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低。特別需要強(qiáng)調(diào)的是由于葉臘石烘干爐溫度控制系統(tǒng)是一個復(fù)雜的時變控制系統(tǒng)，在烤箱實(shí)際工作過程中，PID控制的三個模型參數(shù)(Kp、Ki、K

25、d)會隨著周圍環(huán)境和控 制過程的變化而變化。在烤箱不同的工作階段，葉臘石水分含量不同，烤箱環(huán)境參數(shù)會 不斷改變，將被控對象的數(shù)學(xué)模型不斷變化。此外，葉臘石塊的型號規(guī)格和密集程度的 不同也會造成PID控制數(shù)學(xué)模型參數(shù)的改變。(4)數(shù)字式PID算法由于計算機(jī)控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時刻的偏差計算控制量，而不像 模擬控制那樣連續(xù)輸出控制量，進(jìn)行連續(xù)控制，其是用矩形法數(shù)值積分近似代替積分， 用一階后向差分近似代替微分，基于這個特點(diǎn)必須對連續(xù)變量進(jìn)行離散化后才能使用， 即用矩形法數(shù)值積分近似代替積分，用一階后向差分近似代替微分，數(shù)字式PID算法有 位置式和增量式兩種表達(dá)形式。位置式PID的表達(dá)

26、式為：ku(k)=Kp*e(k) Ki' e(j) Kd(e(k) -e(k-1)( 1-8)j=0其中： K 采樣序號，k = 0，1, 2，；U (k)第k次采樣時刻的計算機(jī)輸出值；e(k)第k次采樣時刻輸入的偏差值；e(k-1)第k -1次采樣時刻輸入的偏差值；Ki 積分系數(shù)，Ki=K p*T/Ti;Kd 微分系數(shù)，Kd=Kp*Td/T;式(1.2)表示的控制算法是直接按之前所給出的PID控制規(guī)律定義進(jìn)行計算的，所以它給出了全部控制量的大小，因此被稱為位置式或全量式 PID控制算法。增量式PID的表達(dá)式為:桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)報告用紙第13頁共66頁Lu(k) = u

27、(k) -u(k -1)二 Kp(e(k) _e(k -1) Te(k) Td e(k八2e(k ° e(k - 2)( 1-9)TiT二qOe(k) q1e(k 1) q2e(k -2)所謂增量式PID是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的控制量是增量，而不是位置量的絕對數(shù)值時，可以使用增量式PID控制算法進(jìn)行控制。增量式算法不需要做累加，計算誤差和計算精度問題對控制量的計算影響較??；位置式 算法要用到過去偏差的累加值，工作量大，容易產(chǎn)生較大的累計誤差?？刂茝氖謩忧袚Q 到自動時，位置式算法必須先將計算機(jī)的輸出值置為原始值Uo才能保證無沖擊切換；增量式算法與原始值無關(guān)，

28、易于實(shí)現(xiàn)手動到自動的無沖擊切換。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù) 被控對象的實(shí)際情況加以選擇。一般認(rèn)為，在以晶閘管或伺服電機(jī)作為執(zhí)行器件或?qū)?制精度要求較高的系統(tǒng)中，應(yīng)采用位置式算法；而在以步進(jìn)電機(jī)或多圈電位器作為執(zhí)行 器件的系統(tǒng)中，應(yīng)采用增量式算法。(5) 抑制PID飽和”作用PID飽和作用來源于積分飽和，比例和微分飽和現(xiàn)象。 積分飽和現(xiàn)象及抑制方法積分飽和：如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)已到極限位置，仍不能消除偏差，由于積分的作用，盡管 計算PID差分方程式所得的運(yùn)算結(jié)果繼續(xù)增大或減小，但執(zhí)行機(jī)構(gòu)已無相應(yīng)的動作，控制信號進(jìn)入深度飽和區(qū)。積分飽和會引起輸出超調(diào)，甚至產(chǎn)生震蕩，使系統(tǒng)不穩(wěn)定，減小積分飽和的關(guān)鍵在 于不能使

29、積分項累積過大。可采用的改進(jìn)方法有：遇限削弱積分法基本控制思想是一旦控制量進(jìn)入飽和區(qū)，則停止進(jìn)行增大積分的運(yùn)算。具體地說， 在計算u (k)時，將判斷上一時刻的控制量 u (k)是否已超出限制范圍，如果已超出， 那么將根據(jù)偏差的符號，判斷系統(tǒng)輸出是否在超調(diào)區(qū)域，由此決定是否將相應(yīng)偏差計入 積分項。積分分離法基本思路是當(dāng)被控量和給定值偏差大時，取消積分控制，以免超調(diào)量過大；當(dāng)被控 量和給定值接近時，積分控制投入，消除靜差。其在PID算法中的流程圖如圖1-5所示。 比例微分飽和現(xiàn)象及抑制方法對于增量式PID算法，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)本身是存儲元件，在算法中沒有積分積累，所 以不容易產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，但是可

30、能會出現(xiàn)比例和微分飽和現(xiàn)象，其表現(xiàn)形式不是超 調(diào)而是減慢動態(tài)過程。其糾正方法有兩種：圖1-5增量式積分分離 PID算法流程圖積累補(bǔ)償法基本思路是將那些因飽和而未能執(zhí)行的增量信息積累起來，一旦可能時，再補(bǔ)充執(zhí) 行。不完全微分所謂不完全微分就是在微分部分串聯(lián)一個一階慣性環(huán)節(jié)?；舅枷爰磳⑦^大的控制輸出分幾次執(zhí)行，以避免出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。前已經(jīng)講述了本系統(tǒng)是一個具有大慣性大滯后的復(fù)雜系統(tǒng)， 一方面要求較快的反應(yīng) 速度，另一方面要盡可能的較少超調(diào)，提高精度。因此增量式 PID積分分離法比較適合 本系統(tǒng)。2葉臘石烘干爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計開始應(yīng)根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，初步確定系統(tǒng)的原理框圖，其次對每一部分采取的

31、方案進(jìn)行論證，選擇適合本設(shè)計的設(shè)計方案，進(jìn)而進(jìn)行下一步的軟硬件設(shè)計。2.1設(shè)計任務(wù)要求以單片機(jī)為主控制器，設(shè)計、制作一套葉臘石烘干爐控制系統(tǒng)，要求：(1) 具有三段保溫功能，保溫曲線圖如圖 2-1所示。(2) 控制精度±0C，加熱最高溫度500Eo(3) 采用6位LED顯示，其中，2位顯示運(yùn)行狀態(tài)的段號，4位顯示數(shù)值，通常顯 示溫度，也可改變?yōu)轱@示時間，10秒后自動返回顯示溫度。(4) 具有顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及超溫、故障報警功能，并在發(fā)生故障時自動切斷加熱 電源，達(dá)到保護(hù)作用。(5) 微機(jī)具有掉電保護(hù)功能；(6) 可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存及調(diào)用歷史數(shù)據(jù)；(7) 給出系統(tǒng)方案設(shè)計、電路原理圖、程

32、序框圖和 PCB圖；(8) 根據(jù)設(shè)計結(jié)果制作簡單樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)基本功能。2.2系統(tǒng)原理框圖根據(jù)要求系統(tǒng)應(yīng)該包含有溫度采集模塊， A/D轉(zhuǎn)換模塊，顯示模塊，報警模塊，存 儲模塊，電源/掉電保護(hù)模塊，主控制模塊，加熱控制模塊等。其中：(1) 溫度采集模塊用溫度傳感器檢測葉臘石烘干爐內(nèi)的溫度。(2) A/D轉(zhuǎn)化模塊即將溫度傳感器采集到的溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字量送到單片機(jī)中。(3) 顯示模塊能顯示當(dāng)前烤箱溫度，故障原因等，利于我們直觀上認(rèn)識葉臘石烘干 爐的運(yùn)行情況。(4) 主控制部分控制加熱模塊進(jìn)行相應(yīng)操作。(5) 電源/掉電保護(hù)模塊為系統(tǒng)正常工作提供電源， 當(dāng)電源無法正常供電時由掉電保 護(hù)模塊的臨時電源提供。（

33、6）報警模塊用于報警便于采取措施排除故障。（7）加熱模塊具體實(shí)施加熱控制的動作。（8）存儲模塊將數(shù)據(jù)存儲起來，便于調(diào)用和查看歷史數(shù)據(jù)。 由此得出系統(tǒng)原理框圖2-2。2-2系統(tǒng)原理框圖2.3設(shè)計方案論證系統(tǒng)主要包含有主控制芯片，溫度檢測部分，顯示部分，加熱控制部分，掉電保護(hù) 部分，報警電路等，下文分別對各部分電路進(jìn)行方案論證，確定采取怎樣的方案以便進(jìn) 行下一步的工作。2.3.1主控制器主控制器在本設(shè)計中即為單片機(jī)，單片機(jī)型號分大類有51單片機(jī)，AVR單片機(jī)，PIC單片機(jī)等，根據(jù)不同的要求采用不同的型號。選擇器件的原則是首先能滿足控制要 求，其次要經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。本設(shè)計利用單片機(jī)作為控制器件，使用普通的

34、51單片機(jī)即可。51單片機(jī)中也有很多的小型號，其各有特點(diǎn)。（1）8031單片機(jī)：8031片內(nèi)不帶程序存儲器ROM，使用時需外接程序存儲器和一 片邏輯電路373,外接的程序存儲器多為EPROM的2764系列。用戶若想對寫入其中的 程序進(jìn)行修改，必須通過一種特殊的紫外線燈進(jìn)行擦除。寫入到外接存儲器的程序代碼 無任何保密性可言。（2）8051單片機(jī)：8051內(nèi)部有4KROM，無需外接存儲芯片和373,體現(xiàn)了單片” 的干練簡潔，但是所編寫的程序無法自行燒到芯片中，只能交給廠家代為燒寫，但也只 能是一次。之后無論誰也燒寫不進(jìn)去。（3）ATMEL單片機(jī)：ATMEL公司生產(chǎn)的單片機(jī)分 C和S兩種，根據(jù)內(nèi)存的

35、不同有51和52,售價比8031低，市場供應(yīng)充足。該芯片完全兼容 8051的指令和管腳，且 內(nèi)部的存儲器是FLASH工藝的可用電的方式瞬間擦除。此外寫入單片機(jī)的程序還可以 進(jìn)行加密，起到很好的保密作用。AT89S51是在AT89C51的基礎(chǔ)上多加了 ISP (在線更 新功能)編程和看門狗功能，其最高工作頻率為33MHz且具有雙UART串行通道，性能更優(yōu)越。根據(jù)本設(shè)計的要求采用了運(yùn)行效率較高且價格便宜的AT89S52型號的單片機(jī)，采用52是根據(jù)編寫程序所生成的代碼大小要求選擇的。2.3.2溫度檢測部分溫度是表征物體冷熱程度的物理量，它可通過物體隨溫度變化的某些特征(如電阻， 電壓等特性)來間接測

36、量。禾U用這一特性溫度檢測可以采用熱電偶，熱敏電阻，數(shù)字式 溫度傳感器，其各有特點(diǎn)：(1) 熱電偶是利用兩種金屬在不同溫度下形成回路時壓差不同的原理來測量溫度的 一種方法。優(yōu)點(diǎn)：可測量到小范圍的溫度，熱響應(yīng)快，耐振動和耐沖擊，可以測量高溫區(qū)。缺點(diǎn)：變化率小，需修正冷接點(diǎn)溫度。熱電偶的信號調(diào)理復(fù)雜，將所得的電壓轉(zhuǎn)換成可用的溫度需要大量的信息轉(zhuǎn)換工 作，其耗費(fèi)大量的工作時間，處理不當(dāng)會降低精度。(2) 熱電阻是對溫度敏感的電阻，溫度變化，電阻值也變化。優(yōu)點(diǎn)：可測量到小范圍內(nèi)的溫度，變化率較大，固有電阻大，無需延長導(dǎo)線時的誤 差補(bǔ)償。缺點(diǎn)：變化率非線性，不適合測量高溫區(qū)。熱敏電阻工作原理簡單，結(jié)構(gòu)簡

37、單，成本低，但其精度、重復(fù)性、可靠性較差，對 于檢測1攝氏度的信號是不適用的。(3) 數(shù)字式溫度傳感器近年來各半導(dǎo)體廠商陸續(xù)開發(fā)了數(shù)字式的溫度傳感器，如DALLAS公司DS18B20， MAXIM 公司的MAX6576、MAX6577，ADI公司的AD7416等，這些芯片的顯著優(yōu)點(diǎn) 是與單片機(jī)的接口簡單，如DS18B20該溫度傳感器為單總線技術(shù)，MAXIM公司的兩種 溫度傳感器一個為頻率輸出，一個為周期輸出，其本質(zhì)均為數(shù)字輸出，而ADI公司的AD7416的數(shù)字接口則為近年也比較流行的I2C總線，這些本身都帶數(shù)字接口的溫度傳 感器芯片給用戶帶來了極大的方便，但這類器件的最大缺點(diǎn)是測溫的范圍太窄，

38、一般只 有-55+125C，而且溫度的測量精度都不高，好的才 ±)5C，般有左右，因此在 高精度的場合不太滿足用戶的需要。綜上所述，熱電阻的常溫范圍比較窄，達(dá)不到這么高的溫度，數(shù)字芯片雖然簡單方11桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙第39頁共66頁便無需AD轉(zhuǎn)換電路但是最高的測量溫度也只有 125C,目前存在的數(shù)字式溫度傳感器 還達(dá)不到500E的高溫。由于本設(shè)計的任務(wù)是要求測量的范圍為0C500E，測量的誤差為正負(fù)10C。綜合價格以及后續(xù)的電路，決定采用線性度相對較好的PT100作為本課題的溫度傳感器，具體的型號為 WZP型鉑電阻，該傳感器的測溫范圍從200C+ 650r。該方

39、案采用熱電阻PT100做為溫度傳感器、AD620作為信號放大器，TLC2543 作為A/D轉(zhuǎn)換部件，對于溫度信號的采集具有大范圍、高精度的特點(diǎn)。所以設(shè)計應(yīng)當(dāng)采用Pt100溫度傳感器。2.3.3顯示部分(1) 采用LED數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管可實(shí)現(xiàn)高亮度顯示，成本低，價格便宜，但連 線復(fù)雜還需驅(qū)動電路。本設(shè)計需要 6個數(shù)碼管顯示，會造成電路復(fù)雜，硬件制作麻煩。此外其只能顯示0至9的數(shù)字，不能直觀明了的顯示本設(shè)計的一些信息， 如加熱，保溫, 報警等。(2) 采用LCD液晶顯示。液晶顯示極其省電，人機(jī)交互界面良好，控制制作簡單， 顯示內(nèi)容直觀豐富，一次性可顯示多行數(shù)據(jù)。但其是反光式的，在外界光線很明亮的

40、情 況下很容易看不清楚。根據(jù)本設(shè)計要求顯示的內(nèi)容較多，且考慮到電路硬件制作問題，采用LCD液晶顯示，利用可調(diào)電阻解決可視角度，亮度問題。2.3.4加熱控制部分(1) 采用達(dá)林頓管驅(qū)動電路。簡單的兩級達(dá)林頓管由兩個三極管搭建而成，電路簡 單易行，但管壓降大，功耗大，效率低。由大的管壓降還會引起器件溫度過高，容易燒 毀器件，硬件實(shí)現(xiàn)上要加散熱片。(2) 采用可控硅驅(qū)動電路?？煽毓栌|發(fā)電路可實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，功耗低。其中分兩種 形式： 可控硅移相調(diào)壓調(diào)溫。通過改變可控硅導(dǎo)通角調(diào)節(jié)加在熱源上的有效電壓，從而 實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。該方法需要解決觸發(fā)脈沖與主回路電壓之間同步的問題，且這種方法要 求觸發(fā)電路發(fā)生相位可

41、變且具有一定幅值的脈沖。電路復(fù)雜，較難實(shí)現(xiàn)。 可控硅過零調(diào)功調(diào)溫。過零調(diào)功方式就是通過在給定的時間內(nèi)改變加進(jìn)負(fù)載的交 流正弦波個數(shù)來調(diào)節(jié)負(fù)載功率的一種控制方法。過零調(diào)功通過的工作電壓是完整的正弦 波形，過零導(dǎo)通且過零截止。在電壓過零時觸發(fā)可控硅導(dǎo)通，導(dǎo)通波形是完整的半波或 正弦波，所以對可控硅移相調(diào)壓方式所存在的一切缺點(diǎn)都不需考慮。同時也由于可控硅 是在電壓過零時導(dǎo)通，其負(fù)載浪涌電流和電流變化率都很小，有利于可控硅的安全工作考慮到實(shí)際硬件制作問題，本設(shè)計采用可控硅過零調(diào)功方式進(jìn)行調(diào)溫2.3.5電源電路部分（1） 采用USB外接電源直接供給單片機(jī)系統(tǒng)。電路簡單，元器件少，印制PCB簡 單，易于實(shí)

42、現(xiàn)，價格經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，但電流較小，電壓不穩(wěn)定。（2） 采用12V直流蓄電池經(jīng)穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓后供給單片機(jī)系統(tǒng)。相對于第一個電路比 較復(fù)雜，成本較高，但是電流較大。本設(shè)計涉及較多元器件，考慮到有些元器件正常工 作需要電壓較穩(wěn)定，且需構(gòu)造掉電保護(hù)電路，需要充電動作，故本設(shè)計采用該電源電路。2.3.6其他設(shè)計部分其他設(shè)計部分都是采用常規(guī)的電路。報警電路采用簡單的蜂鳴器報警，電路簡單可 行，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。雖然單片機(jī)內(nèi)部也可以存儲數(shù)據(jù)，但是掉電后數(shù)據(jù)就會丟失，無法保存， 也就不能調(diào)出歷史數(shù)據(jù)以供參考，所以采用外部ROM保存數(shù)據(jù)，掉電后數(shù)據(jù)不會丟失。 考慮實(shí)際情況，存儲電路采用 EEPROM芯片AT24C02和兩個電

43、阻構(gòu)成，在調(diào)用歷史數(shù) 據(jù)時，可以采用軟件設(shè)定一定時間顯示歷史數(shù)據(jù)，但不能根據(jù)實(shí)際需要手動調(diào)出，可能 會造成液晶顯示畫面混亂。故采用硬件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的調(diào)用，即用5個按鍵實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存和調(diào)用。按鍵功能分別為清屏，調(diào)出保溫狀態(tài)一，狀態(tài)二，狀態(tài)三的數(shù)據(jù)，以及返回當(dāng) 前溫度顯示。133各模塊硬件電路設(shè)計分析該溫度控制硬件設(shè)計系統(tǒng)由各部分電路組成，運(yùn)用到電力電子技術(shù)，單片機(jī)，模擬 電子技術(shù)等基礎(chǔ)知識，利用單片機(jī)作為主控制器，控制其他部分電路按照要求執(zhí)行，實(shí) 現(xiàn)功能。晶閘管驅(qū)動電路涉及到電力電子技術(shù)的相關(guān)知識，模擬電子技術(shù)有三極管等器 件。3.1主控制電路的設(shè)計主控制電路采用常規(guī)的單片機(jī)控制，基于本系統(tǒng)在內(nèi)存及

44、運(yùn)算速度方面的要求，采 用AT89S52作為主控制器，以下對其進(jìn)行簡要介紹。3.1.1 AT89S52單片機(jī)介紹本設(shè)計采用AT89S52單片機(jī)，AT89S52是一種低功耗，高性能 CMOS 8位微控制 器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù) 制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編 程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash,使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。其引腳圖如圖3-1所示。(T2) P1.0 匚 (T2 EX) P1.1 匚P1.2

45、匚P1.3 廠P1.4 C (K1OSI> P1.5 匚 匚 (SCK) P1.7 匚RST C (RXD)P3 0 匚 (TXD> P3.1 匚 (INTO) P3.2 匚 (INT1> P3.3 匚 (TO) P3.4 匚 (T1J P3.5(WR> P3.6 匚 (RD) P3.7 匚XTAL2 FXTAL1 匚GND *14023933843753663573483393210311130122913281427152616251724182319222021 VCC"3 PO.O (ADO) Zf PO.1 (AD1 )P0.2 (AD2 * P0.

46、3 (AD3> Zf P0.4 <AD4) ZE PQ.5 (AD5) 二I P0.6 (AD6) 1 P0.7 (AD7> ；| EA/VPP ALE/PROG PSEN二I P2.7 (A15):P2.6 < A14 1 P2.5 (A13) P2.4 (A12) P2.3 (Al 1)P2.2 A1O k + 1 (A9)P2.0 (A8)圖3-1 AT89S52的管腳排列其中VCC、GND :電源、地。P0 口： P0 口是一個8位漏極開路的雙向I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8個 TTL邏輯電平。對P0端口寫“1時，弓I腳用做高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)

47、據(jù)存儲 器時，P0 口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在 Flash編程時，P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時，輸出指令字節(jié)。需注意的是 在程序校驗(yàn)時，需要外部上拉電阻。P1 口： P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向I/O 口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動 4個TTL邏輯電平。當(dāng)對P1端口寫“1時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸 入口使用。當(dāng)作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL ）。此外，P1.0和P1.2分別作為定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和 定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）

48、，具體如表3-1所示。在Flash編程和校驗(yàn)時， P1 口接收低8位地址字節(jié)。表3-1 P1 口部分管腳第二功能端口引腳第二功能P1.0T2 （定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出P1.1T2EX （定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）P1.5MOSI （在系統(tǒng)編程用）P1.6MISO （在系統(tǒng)編程用）P1.7SCK （在系統(tǒng)編程用）P2 口： P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL邏輯電平。對P2端口寫“ 1時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。當(dāng)作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流

49、（IIL）。 在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVX DPTR ） 時，P2 口送出高8位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用 8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在 Flash編程和校驗(yàn)時，P2 口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3 口： P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向I/O 口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動 4個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸 入口使用。當(dāng)作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL ）。P3 口

50、也作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表 3-2所示。在Flash編 程和校驗(yàn)時，P3 口也接收一些控制信號。表3-2 P3 口的第二功能端口引腳功能特征P3.0RXD （串行輸入口）P3.1TXD （串行輸出口）P3.2INT0 （外部中斷0）P3.3INT1 （外部中斷1）P3.4T0 （T0定時器的外部計數(shù)輸入）P3.5T1 （T1定時器的外部計數(shù)輸入）P3.6WR （外部數(shù)據(jù)存儲器的寫選通）P3.7RD （外部數(shù)據(jù)存儲器的讀選通）RST:復(fù)位輸入。在晶振工作時，RST腳持續(xù)兩個機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 看門狗計時完成后，RST腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器AU

51、XR（地址8EH） 上的DISRTO位可以使此功能無效。在 DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG :地址鎖存控制信號（ALE ）在訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8位地 址的輸出脈沖。在Flash編程時，此引腳（PROG）也用做編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時 器或時鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置“ 1，ALE操作將無效。這一位置“ 1, ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個ALE使 能標(biāo)志位（地址

52、為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。PSEN：外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。當(dāng)AT89S52 從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部 數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激活。EA/VPP :訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從 0000H到FFFFH的外部程序 存儲器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在Flash 編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。XTAL1 :振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2 :振蕩器反相放大器的輸出端。3.1.2主控制電路

53、單片機(jī)控制一般要求具有最小系統(tǒng)，包括復(fù)位電路，振蕩電路。復(fù)位電路給單片機(jī) 一個短時間的高電平復(fù)位，使程序從頭開始執(zhí)行，圖中有上電復(fù)位和手動復(fù)位兩種。上 電復(fù)位即是在系統(tǒng)一上電時，利用電容兩端電壓不能突變的原理給系統(tǒng)一個短時的高 電平復(fù)位。手動復(fù)位即按下按鈕系統(tǒng)高電平復(fù)位，若一直按著不放系統(tǒng)就一直復(fù)位，不能正常工作。圖中采用的是電解電容，有正負(fù)極性之分，安裝電路時要特別注意。振蕩電路是單片機(jī)系統(tǒng)正常工作的保證，如果振蕩器不起振，系統(tǒng)將不能正常工作。 因?yàn)閱纹瑱C(jī)中，每條指令的執(zhí)行都建立在時鐘頻率這一基礎(chǔ)上的，晶振所提供的時鐘頻 率和單片機(jī)的運(yùn)行速度是成正比的。假如振蕩器運(yùn)行不規(guī)律，系統(tǒng)執(zhí)行程序的時

54、候就會 出現(xiàn)時間上的誤差，電路將無法通信。振蕩電路分內(nèi)部電路和外部電路兩種，因?yàn)閮?nèi)部 振蕩電路較穩(wěn)定，所以采用之。振蕩電路由一個 12MZH的晶振和兩個瓷片電容組成， 兩電容相連的一端接地。因?yàn)橄到y(tǒng)要用到P0端口進(jìn)行輸出控制，P0 口作為I/O 口輸出的時候輸出低電平為 0,輸出高電平為高組態(tài)（并非5V，相當(dāng)于懸空狀態(tài)）。也就是說P0 口不能真正的輸出 高電平給所接的負(fù)載提供電流。因此必須接上拉電阻（電阻連接到 VCC），由電源通過 這個上拉電阻給負(fù)載提供電流。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路原理圖如圖 3-2所示。U2 AT89S51OS1 SW-PBVCC IN20 口歐©k 吃iiD SRE

55、ST :0PIOYCCPllP00P12P01P13P02P14P03P15P04P16PQ5P17P06RSTPD730/KXDEA317TXDALE32HNT0PSENVCC INPWMm20RSRw EM肌C IK -排阻key4CY112MhzC3丄-2,33/INT1 34JTD 3OT1 36/WRXTAL2XTAL1 V5S27冊252423222120 PPPPPPPPDE 7DEiDESDB4DE3DB2DEIDEOAT89S51控制電路最小系統(tǒng)圖3-2單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2加熱控制電路設(shè)計按照本設(shè)計要求，要實(shí)現(xiàn)溫度的三段式加熱保溫控制，利用PWM技術(shù)控制晶閘管的通斷來執(zhí)行溫度

56、控制算法。考慮到晶閘管的特性，設(shè)計采用電烙鐵模擬加熱源，直接 接交流220V電壓供電。單片機(jī)的工作電壓為5V，為避免加熱部分電路影響控制部分電 源品質(zhì)，采用光耦進(jìn)行隔離。光電耦合是由發(fā)光器件和受光器件組成一體的光耦合器件 的總稱，它能將加熱源產(chǎn)生的干擾電流隔離掉。信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí) 現(xiàn)了電氣隔離，抗干擾能力強(qiáng)，使用壽命長，傳輸效率高。本設(shè)計采用MOC3041光電MOC3041內(nèi)部含有過零檢測電路，它集光電隔離、過零檢測、過零觸發(fā)等功能于 一身，特別適合于驅(qū)動晶閘管。設(shè)計采用過零調(diào)功方式，對于晶閘管的觸發(fā)本就需要有 過零檢測電路，該光耦用在此處恰到好處，大大簡便了電路和程序設(shè)計。如圖所示，單片機(jī)響應(yīng)用