微机控制课程设计报告-煤气罩式退火炉温度控制系统(共26页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上微机控制课程设计题目：煤气罩式退火炉温度控制系统目 录摘 要 2一、工艺要求 2二、系统分析及硬件设计 31 系统分析 3（1）分析系统 3（2）系统框图 5（3）计算过程 52硬件选择 5（1） CPU选型 5（2） 热电偶 5（3） 接口芯片 7（4） A/D转换器 6（5） LED显示 7（6）键盘 8（7）光电隔离 9（8）执行器 9三、程序设计10（1）主程序10（2）采样子程序14（3）滤波子程序14（4）显示子程序16（5）标度转换子程序16（6）键盘子程序17（7）数字控制器子程序19四、总电路图24五、课程设计总结24六、参考文献25摘 要煤气罩式退

2、火炉主要用于对冷轧钢板进行热处理，采用高炉煤气作为燃料。其炉体结构如下图所示，它有内罩与外罩，在内罩内放入退火钢卷，并投入保护性气体防止氧化。燃烧在内罩与外罩之间进行。12个喷嘴分为上下两层，煤层六个环a绕排列。煤气和空气的喷燃比由连接两个阀门的连杆所固定，这样在燃烧时，其空然比不变。炉温控制系统测点为保护性气体温度T1，目前工艺定为控制温度。煤气和空气阀均为堞阀，由一台电动执行器通过连杆共同带动。整个系统可以认为是以保护气体温度为输出，以电动执行器带动的蝶阀开度（对应于煤气输入量）为输入的一个单输出单输入的温度控制系统。 系统模型 一、工艺要求工业模型图退火温度工艺要求温度在升温、保温过程中

3、按一定的工艺曲线升温和保温，在此过程中，实际温度与给定工艺温度曲线的偏差不许超20,而降温过程为自由降温，温控系统不作起用。在y1（400）温度内，保护气体温度在供气阀门开到最大情况下，以自由升温的速率在最短时间内升到y1（400），从y1（400）开始到y2（700）的保温点，温度按45-75/h的速率上升，此段为升温段。到y2点，则开始进入保温段，以y2为恒值温度进行保温。钢卷保温（t3-t2）后停火，进入降温段，在此段中温控系统停用。微机自动调节：正常工况下，系统投入自动。模拟手动操作：当系统发生异常，投入手动控制。微机监控功能：显示当前被控量的设定值、实际值、控制量的输出值、参数报警时

4、有灯光报警。二、系统分析及硬件设计1.系统分析（1）分析系统煤气罩式退火炉温度控制系统的测点为保护性气体温度T1，煤气和空气阀均为蝶阀，由一台电动执行器通过连杆共同带动。整个系统可以认为是保护气体温度为输出，以电动执行器带动的蝶阀开度为输入的一个单输出单输入的温度控制系统。大林算法的设计目标是设计一个合适的数字控制器，使整个闭环系统的传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节，即通常认为对象与一个零阶保持器相串联， 相对应的整个闭环系统的脉冲传递函数是：（2）系统框图：（3）计算过程传递函数： 闭环传递函数：计算U（K）：根据上式，求得U（z），进而离散化得到下式：U(K)=6.974* E(

5、K)0.797* E(K-1)0.1144* U (K-1)+U(K-3)2硬件选择 （1）CPU选型在本次设计中，我们采用了MCS-51单片机，MCS-51是在一块芯片中集成了CPU，RAM，ROM，定时器/计时器和多功能I/O口等一台计算机所需要的基本功能部件。（2）热电偶根据采样温度值的变化范围， 传感器选择热电偶。因为它测温范围广，可以在1至2800的范围内使用，精度高，性能稳定，结构简单，动态性好。在系统中选用N型镍铬硅镍硅热电偶传感器，其使用温度为2001300,它具有线性度好，热电式大，灵敏度高、稳定性好，抗氧化性，价格便宜等优点，所以，适合于本系统。由于工业用炉体积比较大，会出

6、现炉内温度不均状况。为使采样系统更加准确的对温度进行采样，本系统设置了五个不同的采样点，在同一时刻进行采样，其平均值作为最后的采样的结果。采样点位置分布图热电偶电路图（3）接口芯片该系统的接口芯片采用8255并行接口芯片。其中，B端口工作于0方式输出状态，A端口工作于0方式输入状态。（4）A/D转换器由于A/D转换采用ADC0809，为多通道AD转换器。其工作为查询方式。将转换结束信号EOC作为状态信号，经三态门接入数据总线最高位D7。启动转换后，不断检测D7位是否为1，就可以知道转换是否结束。状态断口的地址假设为238H。利用ADC0809芯片中的多路开关，我们可以实现8个模拟信号的分时转换

7、。系统地址总线的低3位分别连接ADC0809的地址线C、B、A，在启动A/D转换的同时，选定要进行转换的模拟通道，对应8个模拟通道的I/O地址分别为220-227H。(5)LED显示系统六位LED静态显示，此种方式可以节省大量的机时。地址译码得其地址依次为0178H、0179H、017AH、017BH、017CH、017DH。74LS244为LED的驱动电路，每个LED有一个74LS377作为锁存器，芯片通过74LS138译码进行选择。 LED硬件图(6)键盘输入控制键盘采用8255接23键盘矩阵,采用软件延时去抖动方式。键盘各部分的功能为：1.打开： 系统各组成部分开始供电，并处于待机状态。

8、主程序开始反复扫描键盘，直到有键按下转到相应的功能。 2.关闭： 系统无处于任何状态开始断，步进电机处于断电前状态。3.自动： 系统处于自动运行方式。4.手动： 系统处于手动方式，在手动方式中系统不执行PID算法程序由人工来调整温度。5.升温： 按下时温度阀门开始开到最大，温度开始升高。6.降温： 按下时，阀门关闭，温度开始下降。7.报警器:全软件报警程序,被测参数如温度、压力、流量、速度、成分等参数经传感器、变送器、模/数转换器，送到微型机后，再与规定的上、下限值进行比较，根据比较的结果进行报警或处理，整个过程都由软件实现。这种报警程序又可分简单上、下限报警程序，以及上、下限饱经处理程序。P

9、IO接口地址为A/D转换器8位数据输入口。B口PB4,作为A/D转换的启动信号。B口PB0PB3分别作为上限、下限、正常情况及电笛报警信号。其上限报警模型0F1H,下限报警模型0F2H，正常情况报警模型0F3H。报警器电路连接图(7)光电隔离由于现场温度过高，为了抗干扰，或一旦驱动电路发生故障，造成功率放大器中的高电平信号进入微型机而烧毁器件，在驱动器与微型机之间加一极光电隔离器，其原理图所示。光电隔离器图(8)执行器电动执行器是自动控制系统中的一个重要组成部分，它接收来自调节仪表的电信号，用电动执行机构将其转换成适当地力或力矩，以推动各类调节阀（或其它执行机构），从而达到自动生产的目的。电动

10、执行器与气动执行器相比，具有动作灵敏，能源取用方便，信号传递快捷和适合远距离控制的优点。它由执行机构和调节机构两部分组成，其中将调节控制信号转换成为力或力矩的部分叫做电动之行机构，各种调节阀或调节设备统称为调节机构。三、程序设计（1）主程序程序流程图：转上限报警主程序开始初始化参数设置调用温度采样子程序调用温度数值转换和BCD码转换程序调用显示子程序滤波后采样值上限报警值滤波后采样值上限报警值正常报警调用数字控制子程序返回转上限报警.程序:ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP KEYS ORG 000BH AJMP PIT0 ORG 001BH AJMP PIT

11、1 ；中断入口及优先级MAIN： MOV SP，#00H CLR 5FH ：清上下限限越标志 MOV A，#00HMOV R7，#09HMOV R0，#28HLP1： MOV R0，AINC R0 DJNZ R7，LP1MOV R7，#06HMOV R0，#39HLP2： MOV R0，AINC R0DJNZ R7，LP2MOV R7，#06HMOV RO，#50HLP3： MOV R0，AINC R0DINZ R7，LP3 ；清显示缓冲区MOV TMOD，#56H ；T0方式2，T1方式1计数MOV TLO，#06HMOV THO，#06H MOV 25H，#2BCH ；设定值默认值700S

12、ETB TR0 ；键盘高优先级SETB ET0SETB EX0SETB EA ；开键盘T0。T1中断LOOP：MOV R0，#56H MOV R1，#55H LCALL SCACOV ；标度转化 MOV R0，#53H LCALL DIR NOP LCALL DLY10MS NOP LCALL DLY10MS AJMP LOOP ；等中断KEYS： CLR EX0 ；键盘子程序 CLR EA PUSH PSW PUSH ACC ；关中断 LCALL DLY10MS ；消抖CC： JB P3.2 AASETB 5DH ；置“显示设定值温度值标志”MOV A，25H ；取运算位的值MOV B，#1

13、0H ；BCD码转化DIV A BMOV 52H， AMOV A, BMOV 51H, AMOV R0, #50HLCALL DIR ;显示设定温度NOPLCALL DLY10MSNOPLCALL DLY10MSJB P1.7 ,BBMOV R1,#25HLCALL DAAD1NOPLCALL DLY10MSAJMP CCBB: JB P1.6 CCMOV R1,#25HLCALL DEEC1NOPLCALL DLY10MSAJMP CCAA: POP ACCPOP PSWSETB EX0SETB EA ;出栈RETIDAAD1: MOV A,#00H ORL A,R1 ADD A,#01H

14、CJNE A,#17CH,DAAD2 ;超过380度了吗?DAAD3: MOV R1,ADAA: RETDAAD2: JC DAAD3MOV R1,#2BCH ;超过380则转回到700AJMP DAADEEC1: MOV A,R1DEC A CJNE A,#2A8H,DEEC2 ;低于680度了吗?DEEC3: MOV R1,A DEE : RETDEEC2: JNC DEEC3 MOV R1,#17CH ; 低于680则转回到380AJMP DEE PTT0: CLR EA ； T0中断子程序PUSH ACCPUSH PSWPUAH DPLPUSH DPHSETB EA ;压栈后开中断响应

15、键盘PPP: LCALL SMAP ；采样数据LCALL FILTER ; 数字滤波MOV A,2AH ;取采样值CJNE A,#17CH,AAA ;下限380比较AJMP BBBAAA: JC CCC ;小于380度转CJNE A,#2D0H ,DDD ;上限720比较AJMP BBB ;转至380720正常范围处理DDD: JC BBBCLR P1.2 ;大于720黄灯亮SETB 5EHCLR P1.1 ;置标志 启动风扇AJMP PPPCCC: CLR P1.3 ;小于380红灯亮SETB 5FHBBB: CLR P1.0 ;置标志启动电炉AJMP PPPSETB P1.0SETB P1

16、.1SETB P1.2SETB P1.3CLR 5EHCLR 5FH ;400700之间正常LCALL DLJNB 20H,EEF ;设定温度小于实际值转到DLMOV A,29HLCALL FFFCLR P1.0LOOP10: MOV R0,#56H ;存放相乘结果的首址MOV R1,#55H ;赋显示缓冲区最高位地址LCALL SCACOV ；标度转化MOV R0,#53H ; 赋显示首址 CLR DIR JB D5H,LOOP10 ; 等待T1中断 CLR EA POP DPH POP DPL POP PSWSETB EAPOP ACCRETIEEE: MOV A,28H ;DL处理 LC

17、ALL FFF CLR P1.1AJMP LOOP10FFF: CRL A ;根据DL结果计算T1初值 INC A MOV TL1,A MOV TH1,#0FFH SETB PI1 SETB TR1 SETB ET1 RET（2）采样子程序程序清单SWAP: MOV R0,#20H MOV R1,#03HSAW1: MOV DPTR,#7FF8H MOVX DPTR A ；A/D转化 MOV R2,#20HDLY: DJNZ R2,DLY ; 延时HERE: JB P3.3 ,HEREMOV DPTR,#7FF8HMOVX A,DPTR ;读转化结果MOV R0,AINC R0DJNZ R1,

18、SAM1RET（3）滤波子程序程序流程图中值滤波子程序CX串长DI（CX）-1（SAMP+（BX）（SAMP+（BX）+2）（BX）（BX）+2（CX）（DI）（BX）N/2（RESULT）（SAMP+（BX）（SAMP+（BX）（SAMP+（BX）+2）（CX）1=0？（CX）=0？返回BX0程序清单FILTER: MOV A, 20HCJNE A,2DH CMP1AJMP CMP2CMP1: JNC CMP2 XCH A,2DH XCH A,2CHCMP2: MOV A,2DH CJNE A,22EH,CMP3 MOV 2AH,A AJMP RRCMP3: JC CMP4 MOV 2AH,

19、A AJMP RRCMP4: MOV A,2EHCJNE A,2CH,CMP5MOV 2AH ,AAJMP RRCMP5: JC CMP6 XCH A,2CHCMP6: MOV 2AH,ARR: RET（4）显示子程序程序清单DIR: MOV SCON ,#00H ;置串行口移位寄存器状态SETB P1.4 ;开显示JB 5DH,DL1 ;显示设定温度DL2: MOV DPTR,#SEGTDL0: MOV A,R0MOVC A,A+DPTRMOV SBUF ,ALOOP1: JNB TI, LOOP1 CLR TIINC R0MOV A,R0MOVC A,A+DPTRANL A, #7FH ；

20、使数带小数点MOV SBUF ,ALOOP2: JNB TI,LOOP2CLR TIINC R0MOV A,R0MOVC A,A+DPTRMOV SBUF,ALOOP3: JNB TI,LOOP3CLR TICLR P1.4CLR 5DHRETDL1: MOV 50H,#0AH AJMP DL2SEGT: DB 0C0H ,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH(5)标度转换子程序程序清单SCACOV : PROC NEAR MOV DX,0 MOV DATA1,#258H MOV DATA2,#708H MOV DATA3,#960H PRO

21、C NEAR MOV DX,0 MOV AX,DATAP CMP AX,DATA3 JAE Q3DOR CMP AX,DATA2 JAE Q3-Q2 CMP AX,DATA3 JAE Q2-Q1 Q0: MOV BX,0.8H MUL BX ADC DX,0 JMP DONEQ2-Q1: MOV AX,#15EH Q3-Q2: SUB AX,DATA2 MOV BX,0.8H MUL BX MOV AX,#15EH SUB AX,BX MOV R1,APP: RET(6)键盘子程序程序清单KEYS： CLR EX0 CLR EA PUSH PSW PUSH ACC ；关中断 LCALL DLY

22、10MS ；消抖CC： JB P3。2 AASETB 5DH ；置“显示设定值温度值标志”MOV A，25H ；取运算位的值MOV B，#10H ；BCD码转化DIV A BMOV 52H， AMOV A, BMOV 51H, AMOV R0,#50HLCALL DIR ;显示设定温度NOPLCALL DLY10MSNOPLCALL DLY10MSJB P1.7 ,BBMOV R1,#25HLCALL DAAD1NOP LCALL DLY10MS AJMP CCBB: JB P1.6 CCMOV R1,#25HLCALL DEEC1NOPLCALL DLY10MSAJMP CCAA: POP

23、ACCPOP PSWSETB EX0SETB EA ;出栈RETI(7)数字控制器子程序程序流程图数字控制器计算程序输入滤波后采样值及给定值求偏差E（K）计算a0e(k) 计算a1e(k-1)计算a0e(k)-a1e(k-1)计算b1u(k-1)计算a0e(k)-a1e(k-1)+b1u(k-1)计算b2u(k-3)U(k)=a0e(k)+a1e(k-1)+b0u(k-1)+b1u(k-3)传递数据为下一次采样做准备子程序 返回程序清单此程序用PLC单片机语言实现：大林算法程序该程序的功能是实现U(K)=6.974* E(K)0.797* E(K-1)0.1144* U (K-1)+U(K-3

24、)的迭代入口：E1为规格化数出口：OP1为规格化数LIST P=16F877INCLUDE P16F877.INCACCALO EQU 20ACCAHI EQU 21EXPA EQU 22ACCBLO EQU 23ACCBHI EQU 24EXPB EQU 25ACCCLO EQU 26ACCCHI EQU 27ACCDLO EQU 28ACCDHI EQU 29TEMP EQU 2ATEMP1 EQU 30TIMES EQU 31SIGN EQU 2BCOUNT EQU 2FACCEHI EQU 30ACCELO EQU 31OP1LO EQU 32OP1HI EQU 33OP1EX EQU

25、 34 ;U(K)OP2LO EQU 35OP2HI EQU 36OP2EX EQU 37 ;U(K-1)OP3LO EQU 38OP3HI EQU 39OP3EX EQU 3A U(K-2)OP4LO EQU 3BOP4HI EQU 3COP4EX EQU 3D U(K-3)E1LO EQU 3EE1HI EQU 3FE1EX EQU 40 E(K)E2LO EQU 41E2HI EQU 42E2EX EQU 43 E(K-1)TEM1LO EQU 44TEM1HI EQU 45TEM1EX EQU 46TEM2LO EQU 47TEM2HI EQU 48TEM2EX EQU 49ORG 0

26、X000START GOTO DALINDALIN MOVLW 0XCAMOVWF ACCBLOMOVLW 0X37MOVWF ACCBHIMOVLW 0X03MOVWF EXPBMOVF E1LO,0MOWF ACCALOMOVF E1HI,0MOWF ACCAHIMOVF E1EX,0MOWF EXPA ；6.974* E(K)CALL F_mpy ;调用乘法子程序MOVF ACCBLO,0MOVWF TEM1LOMOVF ACCBHI,0MOVWF TEM1HIMOVF EXPB,0MOVWF TEM1EX ；将积存入tem1MOVLW 0X01MOVWF ACCBLOMOVLW 0X3

27、3MOVWF ACCBHIMOVLW 0X00MOVWF EXPBMOVF E2LO,0MOWF ACCALOMOVF E2HI,0MOWF ACCAHIMOVF E2EX,0MOWF EXPA ；0.797* E(K-1)CALL F_mpy ;调用乘法子程序MOVF TEM1LO,0MOVWF ACCALOMOVF TEM1HI,0MOVWF ACCAHIMOVF TEM1EX,0MOVWF EXPA ; 6.974* E(K)0.797* E(K-1)CALL F_sub ;调用加法子程序MOVF ACCBLO,0MOVWF TEM1LOMOVF ACCBHI,0MOVWF TEM1HI

28、MOVF EXPB,0MOVWF TEM1EX ；将6.974* E(K)0.797* E(K-1)的和存入tem1MOVLW 0X92MOVWF ACCBLOMOVLW 0X3AMOVWF ACCBHIMOVLW 0XFDMOVWF EXPBMOVF E1LO,0MOWF ACCALOMOVF E1HI,0MOWF ACCAHIMOVF E1EX,0MOWF EXPA ；0.1144* U (K-1)CALL F_mpy ；调用乘法子程序MOVF TEM1LO,0MOVWF ACCALOMOVF TEM1HI,0MOVWF ACCAHIMOVF TEM1EX,0MOVWF EXPA ; 6.

29、974* E(K)0.797* E(K-1)0.1144* U (K-1)CALL F_add ;调用加法子程序MOVF ACCBLO,0MOVWF TEM1LOMOVF ACCBHI,0MOVWF TEM1HIMOVF EXPB,0 ；将6.974* E(K)0.797* E(K-1) 0.1144* U (K-1)的和存入tem1MOVWF TEM1EX MOVLW 0X2DMOVWF ACCBLOMOVLW 0X38MOVWF ACCBHIMOVLW 0X00MOVWF EXPBMOVF OP4LO,0MOWF ACCALOMOVF OP4HI,0MOWF ACCAHIMOVF OP4E

30、X,0MOWF EXPA ；0.8856*U(K-3)CALL F_mpy ;调用乘法子程序MOVF TEM1LO,0MOVWF ACCALOMOVF TEM1HI,0MOVWF ACCAHIMOVF TEM1EX,0MOVWF EXPA ; 6.974* E(K)0.797* E(K-1)0.1144* U (K-1)+U(K-3)CALL F_add ;调用加法子程序得到最终的输出值U(K)MOVF E1LO,0MOVWF E2LOMOVF E1HI,0MOVWF E2HIMOVF E1EX,0MOVWF E2EX ；将 E(K) 的值传递到E(K-1)MOVF OP3LO,0MOVWF

31、OP4LOMOVF OP3HI,0MOVWF OP4HIMOVF OP3EX,0 MOVWF OP4EX ；将 U(K-2) 的值传递到U(K-3)MOVF OP2LO,0MOVWF OP3LOMOVF OP2HI,0MOVWF OP3HIMOVF OP2EX,0MOVWF OP3EX ；将 U(K-1) 的值传递到U(K-2)MOVF OP1LO,0MOVWF OP2LOMOVF OP1HI,0MOVWF OP2HIMOVF OP1EX,0MOVWF OP2EX ；将 U(K) 的值传递到U(K-1)MOVF ACCBLO,0MOVWF OP1LOMOVF ACCBHI,0MOVWF OP1

32、HIMOVF EXPB,0 MOVWF OP1EX ；将最终的输出值赋给OP1寄存器以便下运算使用注：此段程序借鉴单片机爱好者论坛的kt00的帖子四、总电路图总电路图五、课程设计总结 通过这次课程设计，让我从新对微机控制这门课程有了新的认识。学习到了很多的硬件和软件知道。同时最主要的是开始能够设计一个总体系统。虽然作的还不是很完善，但还是让我收获了很多的东西，在遇见问题的时候，应从总的方面找原因，不能一味的注意小环节，小环节再对大的方向不对也是没有意义的。同时了解了很多的硬件知识。本次课程设计对我来说是最难的一次，很多涉及到实际问题时，感到了自己的知识的不足，完全不能满足需要。对于硬件的使用很多都时在同学的知道下才完成的。让我对学习的方向和方法有了新的认识。六、参考文献1单片机技术实践基础教程 夏路易 20072微型计算机控制原理 潘新民 20053单片机原理及接口技术 余锡存 2004专心-专注-专业