2022年基于大林算法的电加热炉温度控制系统设计.docx

《2022年基于大林算法的电加热炉温度控制系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年基于大林算法的电加热炉温度控制系统设计.docx（25页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精品学习资源论文题目基于大林算法地电加热炉温度掌握系统设计设计类型设计型导师姓名丁健HefeiUniversity基于大林算法地电加热炉温度掌握系统设计课程名称运算机掌握技术课程设计任课老师丁 健班 级10级自动化 1 班姓 名学 号 1005072 100507210050720日 期2021/06/202021 级自动化专业运算机掌握技术课程设计任务书欢迎下载精品学习资源电阻加热炉用于合金钢产品热力特性试验，电加热炉用电炉丝供应功率，内使其在预定地时间内将炉内温度稳固到给定地温度值.在本掌握对象电阻加热炉主功率为 8KW ，有 220V 沟通电源供电，采纳双向可控硅进行掌握.本设计针对一要

2、个温区进行掌握，要求掌握温度范畴50 350，保温阶段温度掌握精度为容1.挑选合适地传感器，运算机输出信号经转换后通过双向可控硅掌握器掌握及K e s欢迎下载精品学习资源目加热电阻两端地电压，其对象温控数学模型为： 标GsdTd s1其中：时间常欢迎下载精品学习资源数Td =350 秒，放大系数 Kd =50，滞后时间 =10秒，掌握算法选用大林算法 .条 件 1 PC 机一台，教案试验箱一台；计 3 人划 （1）：明确课题功能 .学 （2）：把复杂问题分解为如干模块，确定各模块处理方法，画出流程图.数务 生 （3）：储备器资源安排及 （4）：编制程序，依据流程图来编制源程序任 （5）：对程序

3、进行汇编，调试和修改，直到程序运行结果正确为止.计一、 总体方案设计划二、 掌握系统地建模和数字掌握器设计设三、 硬件地设计和实现进计1、 挑选运算机字长 选用 51 内核地单片机 程2、 设计支持运算机工作地外围电路EPROM 、RAM 、I/O 端口、键盘、显示接口电路等 ；3、 设计输入信号接口电路；4、 设计 DA 转换和电流驱动接口电路；5、 其它相关电路地设计或方案 电源、通信等 .四、 软件设计1、 安排系统资源，编写系统初始化和主程序模块框图；2、 编写 AD 转换和温度检测子程序框图；3、 编写掌握程序和 DA 转换掌握子程序模块框图；4、 其它程序模块 显示与键盘等处理程序

4、 框图.五、编写课程设计说明书，绘制完整地系统电路图A3 幅面.任务分工：针对本次设计课题，我们明确了各自地分工，顾胜池主要负责软件程序地编写、连接和调试，黄安福主要负责各个模块硬件地仿真和调试和部分模块程序地编写，柴文峰负责报告地整理.摘 要电加热炉在化工、冶金等行业应用广泛，因此温度掌握在工业生产和科学争论中具有重要意义 .其掌握系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统掌握方式超调大、调剂时间长、掌握精度低.采纳单片机进行炉温掌握，具有电路设计简洁、精度高、掌握成效好等优点，对提高生产效率、促进科技进步等方面具有重要地现实意义.常规地温度掌握方法以设定温度为临界点

5、，超出设定答应范畴即进行温度调 控：低于设定值就加热，反之就停止或降温.这种方法实现简洁、成本低，但控欢迎下载精品学习资源制成效不抱负，掌握温度精度不高、简洁引起震荡，达到稳固点地时间也长，因此，只能用在精度要求不高地场合 .电加热炉是典型地工业过程掌握对象，在我国应用广泛.电加热炉地温度掌握具有升温单向性，大惯性，大滞后，时变性等特点.其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温就是依靠环境自然冷却.当其温度一旦超调就无法用掌握手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确地模型和确定参数，应用传统地掌握理论和 方法难以达到抱负地掌握成效.本设计采纳大林算法进行温度掌握，使整个闭环 系统所期望地传递函数相当

6、于一个推迟环节和一个惯性环节相串联来实现温度地 较为精确地掌握 .关键词：单片机； A/D 、D/A ；达林算法；传感器；炉温掌握目 录欢迎下载精品学习资源一、绪论 .51.1 系统设计背景 .51.2 技术综述 .5二、系统总体设计 .52、1 系统概述 .52、2 系统地结构框图 .5三、 硬件设计 .73、1 微处理器 80C51.73、2 温度传感器 .73、3 驱动电路 .93、4 键盘模块 .93、5 LED显示模块 . .10四、软件设计 .114、1 系统软件设计 .114、2 大林算法地系统设计 .114、3 程序掌握流程图 .12五、调试运行 .14六、课程设计总结 .15

7、参考文献 .17附录一 系统原理图 .18附录二 程序 .18欢迎下载精品学习资源一、绪论1.1 系统设计背景近年来，加热炉温度掌握系统是比较常见和典型地过程掌握系统，温度是工业生产过程中重要地被控参数之一，冶金机械食品化工等各类工业生产过程中广泛使用地各种加热炉热处理炉反应炉，对工件地处理均需要对温度进行掌握 .因此，在工业生产和家居生活过程中常需对温度进行检测和监控.由于很多实践现场对温度地影响是多方面地，使得温度地掌握比较复杂，传统地加热炉电气掌握系统普遍采纳继电器掌握技术，由于采纳固定接线地硬件实现规律掌握，使掌握系统地体积增大，耗电多，效率不高且易出故障，不能保证正常地工业生产 .随

8、着运算机掌握技术地进展，传统继电器掌握技术必定被基于运算机技术而产生地运算机掌握技术所取代.1.2 技术综述自 70 岁月以来，由于工业过程掌握地需要，特殊是在电子技术地迅猛进展，以及自动掌握理论和设计方法进展地推动下，国外温度掌握系统进展快速，并在智能化自适应参数 自整定等方面取得成果.在这方面以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，并且都生产出了一批商品化地性能优异地温度掌握器及仪器外表，在各行业广泛应用.二、系统总体设计2、1 系统概述本设计在硬件部分挑选了单片机地AT80C51 芯片为核心掌握部分，输出为K 型热电偶传感器，检测温度后传回单片机系统，最终经过温度掌握系统，从而加热电阻，来

9、达到掌握电加热炉地目地.2、2 系统地结构框图电加热炉掌握系统地硬件结构框图如图2.1欢迎下载精品学习资源LED驱动模块显示电加热炉键盘AT80C51热电偶传感器图2.1 系统地总体结构框图加热炉温度掌握实现过程是:第一温度传感器将加热炉地温度传回单片机， 然后 AT80C51 芯片将给定地温度值与反馈回来地温度值进行比较并经过最小拍无纹波算法运算处理后，传给温度掌握系统，判定加热器材输出端导通与否从而使加热炉开头加热或停止加热.既加热炉温度掌握得到实现.其中单片机地80C51 系统为加热炉温度掌握系统地核心部分起着重要作用.欢迎下载精品学习资源三、 硬件设计3、1 微处理器 80C51本系统

10、设计地单片机采纳80C51 或其兼容系列芯片，采纳24MHZ 或更高频率晶振，以获得较高地刷新频率，时期显示更稳固.图3.1 单片机芯片引脚图3、2 温度传感器在温度传感器部分，挑选了 K 型热电偶传感器 .欢迎下载精品学习资源(1) K 型热电偶地测温原理热电传感器是利用转换元件地参数随温度变化地特性，将温度和与温度有 关地参数地变化转换为电量变化输出地装置.两种不同地导体或半导体组成地闭合回路就构成了热电偶，热电偶两端为两个热电极，温度高地接点为热端、测量端或自由端；温度低地接点为冷端、参考端或自由端.测量时，将工作端置于被测温度场中，自由端恒定在某一温度.热电偶是基于热电效应工作地，热电

11、效应产生地热电势是由接触电势和温差电势两部分组成地.(2) MAX6675 单片热电偶数字转换器 .其工作原理如下： K 型热电偶产生地热电势，经过低噪声电压放大器A1 和电压跟随器 A2 放大、缓冲后，得到热电势 信号 U1 ， 再 经过 S4 送 至 ADC. 对 于 K型热 电 偶 ， 电压 变化 率为（ 41V/ ），电压可由如下公式来近似热电偶地特性.U1=（41 V/ ） （T-T0）上式中， U1 为热电偶输出电压（ mV ）， T 是测量点温度； T0 是四周温度 .在将温度电压值转换为相应地温度值之前，对热电偶地冷端温度进行补偿，冷端温度即是 MAX6675 四周温度与 0实

12、际参考值之间地差值 .通过冷端温度补偿二极管，产生补偿电压 U2 经 S4 输入 ADC 转换器.U2=（ 41 V/ ） T0在数字掌握器地掌握下， ADC 第一将 U1、U2 转换成数字量，即获得输出电压 U0 地数据，该数据就代表测量点地实际温度值T.这就是 MAX6675 进行冷端温度补偿和测量温度地原理如图3-2 所示.图3.2 温度采集电路欢迎下载精品学习资源3、3 驱动电路图3.3 驱动电路3、4 键盘模块在本次设计当中，输入设备采纳矩阵键盘：图 3-4 键盘模块电路当“设定”键按下时触发键盘中断服务程序，由程序程控扫描法确定那个键按下并执行相应地动作 .程控扫描地任务是：1第一

13、判定是否有键按下 .方法：使全部地行输出均为低电平，然后从端口A 读入列值 .假如没有键按下，就读人值为 FFH假如有链按下就不为 FFH.（2） 去除键抖动 .欢迎下载精品学习资源方法：延时 1020 ms，再一次判定有无键按下，假如此时仍有键按下，就认为键盘上的确有键处于稳固闭合期.（3） 如有键闭合，就求出闭合键地键值 .方法：对键盘逐行扫描 .（4） ）程序中需等闭合键释放后才对其进行处理.3、5 LED 显示模块图 3-5 LM016L 液晶模块LM016L 液晶模块采纳 HD44780 掌握器. HD44780 具有简洁而功能较强地指 令 集 ， 可 以 实 现 字 符 移 动 、

14、 闪 烁 等 功 能 .LM016L与 单 片 机 MCU（ Microcontroller Unit ）通讯可采纳 8 位或者 4 位并行传输两种方式 . HD44780掌握器由两个8 位寄存器、指令寄存器（IR）和数据寄存器（ DR ）、忙标志（ BF）、显示数据 RAM （DDRAM ）、字符发生器 ROM （CGROM ）、字符发生器 RAM （CGRAM ）、地址计数器（AC）.IR 用于寄存指令码，只能写入不 能读出 ； DR 用于寄 存 数据 ， 数 据由 内部 操作 自动 写入 DDRAM和CGRAM ，或者暂存从 DDRAM 和 CGRAM 读出地数据 .BF 为 1 时，液

15、晶模块处于内部处理模式，不响应外部操作指令和接受数据. DDRAM 用来储备显示地字符，能储备 80 个字符码 . CGROM 由 8 位字符码生成 5*7 点阵字符 160 种和5*10 点阵字符 32 种， 8 位字符编码和字符地应关系 .欢迎下载精品学习资源四、软件设计4、1 系统软件设计掌握系统地软件主要包括：温度地采样和处理、掌握运算、掌握输出、中 断、显示、调剂参数修改、温度设定及修改.其中掌握算法采纳最小拍无纹波掌握算法，以达到更好地掌握成效 .考虑到电加热炉是一个非线性、时变和分布参数系统，所以本文采纳一种 新型地智能掌握算法 .它充分吸取数学和自动掌握理论成果，与定性学问相结

16、合，做到取长补短，在实时掌握中取得较好地成果.其中，系统地软件流程图如图4.1 系统软件流程图4、2 大林算法地系统设计大林算法中 Dz地基本形式设被控对象为带有纯滞后地一阶惯性环节惯性环节，其传递函数分别为：其中 t1 为被控对象地时间常数，为被控对象地纯推迟时间，为了简欢迎下载精品学习资源化，设其为采样周期地整数倍，即N 为正整数 .由于大林算法地设计目标是使整个闭环系统地传递函数相当于一个带有纯滞后地一阶惯性环节，即，其中由于一般掌握对象均与一个零阶保持器相串联，所以相应地整个闭环系统地脉冲传递函数是（2-3）于是数字掌握器地脉冲传递函数为（2-4）Dz可由运算机程序实现 .由上式可知，

17、它与被控对象有关 .下面对一阶纯滞后环节进行争论 .一阶惯性环节地大林算法地 Dz基本形式当被控对象是带有纯滞后地一阶惯性环节时，由式（2-1）地传递函数可知，其脉冲传递函数为：将此式代入（ 2-4），可得（2-5）式中： T 采样周期 350 秒： 被控对象地时间常数 50； 闭环系统地时间常数 10 秒.4、3 程序掌握流程图1、程序流程基本思路：欢迎下载精品学习资源掌握过程：手动输入一个温度设定值，需要调用键盘扫描子程序，再由 传感器检测现场地温度值，调用A/D 转换子程序，将模拟信号转换为数字信号送单片机处理，调用温度掌握子程序来实现温度掌握，调用显示子程序将处理 后地结果送LCD 显

18、示.在使用键盘时，要考虑键盘地去抖问题，消抖处理有硬件和软件两种方法：硬件消抖是利用加抖动电路滤防止产生抖动信号；软件消 抖是利用数字滤波技术来排除抖动.我们采纳软件地方法，利用主程序循环扫描，主程序每循环一次扫描到地键值相同时，就说明是某键按下.2、A/D 转换程序流程图如图4-3 所示返回图 4-3 A/D 转换程序流程图3、温度掌握流程图如图 4-4 所示欢迎下载精品学习资源返回图 4-4 温度掌握流程图五、调试运行通过 Proteus仿真和程序调试，基本完成了设计任务：温度传感器将加热炉地温度传回单片机，然后 AT80C51 芯片将给定地温度值与反馈回来地温度值进行比较并经过算法处理后

19、，传给温度掌握系统，判定加热器材输出端导通与否 从而使加热炉开头加热或停止加热，使加热炉温度掌握得到实现：欢迎下载精品学习资源图 5-1 运行显示状态六、课程设计总结两周地课程设计终止了，在这次地课程设计中不仅检验了我所学习地学问，也培育了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情.在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督.学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了懂得，也学会了做人与处世.课程设计是我们专业课程学问综合应用地实践训练，着是我们迈向社会， 从事职业工作前一个必不少地过程 ”千里之行始于足下 ”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古

20、名言地真正含义我今日仔细地进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实地基础.通过这次模具设计，本人在多方面都有所提高.通过这次模具设计，综合运用本专业所学课程地理论和生产实际学问进行一次基于达林算法地加热炉温度 掌握系统设计从而培育和提高同学独立工作才能，巩固与达林算法设计等课程 所学地内容，把握基于达林算法地设计地方法和步骤，把握达林算法设计地基 本地模型，怎样确定设计方案，提高了运算才能，绘图才能，熟识了规范和标 准，同时各科相关地课程都有了全面地复习，独立摸索地才能也有了提高.在这次设计过程中，表达出自己单独设计地才能以及综合运用学问地能力，体会了学

21、以致用、突出自己劳动成果地欢乐心情，从中发觉自己平常学习地不足和薄弱环节，从而加以补偿 .欢迎下载精品学习资源在此感谢我们地丁健老师 .，老师严谨细致、一丝不苟地作风始终是我工作、学习中地榜样；老师循循善诱地教诲和不拘一格地思路赐予我无尽地启迪；这次模具设计地每个试验细节和每个数据，都离不开老师您地细心指导.而您开朗地个性和宽容地态度，帮忙我能够很顺当地完成了这次课程设计.同时感谢对我帮忙过地同学们，感谢你们对我地帮忙和支持，让我感受到同学地友情 .由于本人地设计才能有限，在设计过程中难免显现错误，恳请老师们多多指教 ,我非常愿意接受你们地批判与指正，本人将万分感谢.欢迎下载精品学习资源参考文

22、献1 梅丽凤，单片机原理及接口技术，北京：清华高校出版社，2004：19-48， 81-932 周继明，江世明 . 传感技术与应用 M ，长沙：中南高校出版社， 2005： 45- 563 张毅刚，单片机原理及应用，北京：高等训练出版社，2003： 126-1354 顾兴源，运算机掌握系统，北京：冶金工业出版社, 1981： 25-405 张连华，单片机应用系统设计方法，北京：科学之友 , 2021, 07：27-286 楼然苗， 51 系列单片机设计实例，北京：北京航空航天出版社，2003.3-357 李生明，单片机 LED 显示接口技术，长江职工高校学报， 2003，4：18-248 袁强

23、， 基于单片机 89C51 和 89C2051 点阵 LED 图文显示，工程地质运算机应用 2006欢迎下载精品学习资源附录一系统原理图附录二程序#include #include #include#define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit rs=P33；sbit rw=P36；sbit en=P37；uchar dis2=now T: ；uchar dis3=set T: ；uchar flag=0；欢迎下载精品学习资源uchar temp；sbit SO=P31；sbit CS=P34；sbit SCK=P35；sb

24、it ADD=P05 ；sbit SUB=P06；sbit HOLD=P07 ；uchar ADH,ADL ；int i,z,j ；void delayuchar auchar i,j；fori=0 ；ia；i+forj=0；j0 ；i-/D15D11SCK=0；ADH=SO ；ADH=ADH0 ；i-/D103SCK=0；ADL=SO ；ADL=ADL1 ；SCK=1；SCK=0；flag=SO；SCK=1；SCK=0；/temp=ADH；/temp=8；/temp=temp | ADL；/T=1023.75*temp/4095；T=ADH*256+ADL ；a=T/1000；b=T/100

25、%10；c=T/10%10；d=T%10；欢迎下载精品学习资源wcom0x86；wdataa+0x30；wdatab+0x30；wdatac+0x30；wdatad+0x30；wdata ；wdataC；CS=1；int getkey uchar temp；int c；P2=0x0f；temp=P2；temp=temp&0x0f；/屏蔽高 4 位，取列值iftemp=0x0e c=0；else iftemp=0x0dc=1；else iftemp=0x0b c=2；else iftemp=0x07c=3；P2=0xf0；/给 P2 地高 4 位高电平，求行值temp=P2；temp=temp&

26、0xf0；/屏蔽低 4 位iftemp=0xe0c=c+0；else iftemp=0xd0 c=c+4；else iftemp=0xb0c=c+8；return c；/最终返回行加列地值void mainint key；init ；wcom0x80+0x40；whiledis3i.=0wdatadis3i；i+；while1欢迎下载精品学习资源gettemper；P2=0x0f；ifP2&0x0f.=0x0f/ 延时后在判定一次，去除抖动影响key=getkey；/求键盘值wcom0x80+0x46；wdatakey+0x30；wdata1+0x30；wdata4+0x30；wdata ；wdataC；if100*key+14514ADD=0；SUB=1；HOLD=1 ；if100*key+14=514HOLD=0 ；SUB=1；ADD=1 ；欢迎下载