電爐爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開題報(bào)告[1]

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1、電爐爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開題報(bào)告一、課題的開發(fā)背景與需求分析隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域?qū)囟瓤刂葡到y(tǒng)的精度、穩(wěn)定性等的要求越來越高，控制系統(tǒng)也千變?nèi)f化。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域屮，人們都需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐屮的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制等等。隨著電爐廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，其溫度控制通常采用模擬或數(shù)字調(diào)節(jié)儀表進(jìn)行調(diào)節(jié)，但存在著某些固有的缺點(diǎn)。而采用單片機(jī)進(jìn)行爐溫控制，不僅可以大大地提高控制質(zhì)量和自動(dòng)化水平，而且具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和推廣價(jià)值。本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為核心控制器件，以MAX6675作為A/D轉(zhuǎn)換器件，采用閉

2、環(huán)直接數(shù)字控制算法，通過控制可控硅來控制熱電阻，進(jìn)而控制電爐溫度，最終設(shè)計(jì)了一個(gè)滿足要求的電爐微型計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)。二、調(diào)研分析經(jīng)過開題期間的文獻(xiàn)查閱和實(shí)際情況調(diào)研，了解到在電爐爐溫控制過程屮主要應(yīng)用AT89C5KMAX6675、LED顯示器、LM324比較器等等，而主要是通過K型（牒銘一銀硅）熱電偶溫度傳感器采集環(huán)境溫度，以單片機(jī)為核心控制部件，并通過四位數(shù)碼管顯示實(shí)時(shí)溫度的一種數(shù)字溫度計(jì)。軟件方面采用匯編語言來進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，使指令的執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲(chǔ)空間。為了便于擴(kuò)展和更改，軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系更加簡(jiǎn)潔明了，使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運(yùn)作。而系統(tǒng)的過程則是：

3、首先，通過設(shè)置按鍵,設(shè)泄恒溫運(yùn)行時(shí)的溫度值，并且用數(shù)碼管顯示這個(gè)溫度值.然后，在運(yùn)行過程屮將采樣的溫度模擬量送入A/D轉(zhuǎn)換器屮進(jìn)行模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換，再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量用數(shù)碼管進(jìn)行顯示，最后用單片機(jī)來控制加熱器，進(jìn)行加熱或停止加熱,直到能在規(guī)定的溫度下恒溫加熱。三、關(guān)鍵技術(shù)與解決方案1、溫度傳感器的選取目前市場(chǎng)上溫度傳感器較多，主要有以下幾種方案：方案一：選用鉗電阻溫度傳感器。此類溫度傳感器線性度、穩(wěn)定性等方面性能都很好，但其成木較高。方案二：采用熱敏電阻。選用此類元器件冇價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，但曲于熱敏電阻的非線性特性會(huì)影響系統(tǒng)的精度。方案三：采用K型（傑鉆一傑硅）熱電偶。其可測(cè)量1312°C以內(nèi)

4、的溫度，其線性度較好，而且價(jià)格便宜。K型熱電偶的輸出是毫伏級(jí)電壓信號(hào)，最終要將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)與CPU通信。傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)電路采用“傳感器一濾波器一放犬器一冷端補(bǔ)償一線性化處理一A/D轉(zhuǎn)換”模式，轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多、電路復(fù)雜、精度低。在本系統(tǒng)中，采用的是高精度的集成芯片MAX6675來完成“熱電偶電勢(shì)一溫度”的轉(zhuǎn)換，不需外圍電路、I/O接線簡(jiǎn)單、精度高、成本低。MAX6675是MAXIM公司開發(fā)的K型熱電偶轉(zhuǎn)換器，集成了濾波器、放大器等，并帶冇熱電偶斷線檢測(cè)電路，自帶冷端補(bǔ)償，能將K型熱電偶輸出的電勢(shì)直接轉(zhuǎn)換成12位數(shù)字量，分辨率0.25°C,工作電壓為3.0?5.5Vo溫度數(shù)據(jù)通過SPI端口輸出

5、給單片機(jī)，其冷端補(bǔ)償?shù)姆秶?20?80°C,測(cè)量范圍是0?1023.75°Co表1MAX6675的引腳功能圖引腳號(hào)名稱功能1GND接地端2T-熱電偶負(fù)極（使用吋接地）3T+熱電偶正極4VCC電源端5SCK串行時(shí)鐘輸入端6CS片選信號(hào)7so數(shù)據(jù)串行輸汕口8NC懸空不用當(dāng)MAX6675的CS引腳從高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí),MAX6675將停止任何信號(hào)的轉(zhuǎn)換并在時(shí)鐘SCK的作用下向外輸岀已轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)。相反，當(dāng)CS從低電平變回高電平時(shí),MAX6675將進(jìn)行新的轉(zhuǎn)換。在CS引腳從高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，第一個(gè)字節(jié)D15將岀現(xiàn)在引腳SOo-個(gè)完整的數(shù)據(jù)讀過程需要16個(gè)時(shí)鐘周期，數(shù)據(jù)的讀取通常在SCK的下降沿進(jìn)

6、行。MAX6675的輸出數(shù)據(jù)為16位,其中D15始終無用，D14?D3對(duì)應(yīng)于熱電偶模擬輸入電壓的數(shù)字轉(zhuǎn)換量，D2用于檢測(cè)熱電偶是否斷線（D2為1表明熱電偶斷開），D1為MAX6675的標(biāo)識(shí)符，DO為三態(tài)。需要指出的是:在以往的熱電偶電路設(shè)計(jì)中，往往需要專門的斷線檢測(cè)電路，而MAX6675E2將斷線檢測(cè)電路集成于片內(nèi)，從而簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。D14?D3為12位數(shù)據(jù)，其最小值為0，對(duì)應(yīng)的溫度值為0°C;最大值為4095,對(duì)應(yīng)的溫度值為1023.75°C;由于MAX6675內(nèi)部經(jīng)過了激光修正，因此,其轉(zhuǎn)換結(jié)果與對(duì)應(yīng)溫度值具有較好的線性關(guān)系。溫度值與數(shù)字量的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：溫度值二1023.75X轉(zhuǎn)換后

7、的數(shù)字量/4095。由于MAX6675的數(shù)據(jù)輸出為3位串行接口，因此只需占用微處理器的3個(gè)1/0口。圖2是以89C51系列單片機(jī)為例給出的系統(tǒng)連接圖。使用時(shí)，可用軟件模擬同步串行讀取過程。圖中串行外界時(shí)鐘由微處理器的P1.3提供，片選信號(hào)由P1.2提供，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)由Pl.1讀取。熱電偶的模擬信號(hào)由T+和「端輸入，其中T-需接地。MAX6675的轉(zhuǎn)換結(jié)果將在SCK的控制下連續(xù)輸出，如圖1所示。GND圖1溫度檢測(cè)電路比較以上三