畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-電阻爐模糊pid溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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1、┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第一章緒論1引言隨著現(xiàn)代工業(yè)的逐步發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度、壓力、流量和液位是四種最常見的過程變量。其中，溫度是一個非常重要的過程變量。例如：在冶金工業(yè)、化工工業(yè)、電力工業(yè)、機(jī)械加工和食品加工等許多領(lǐng)域，都需要對各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐的溫度進(jìn)行控制。然而，用常規(guī)的控制方法，潛力是有限的，難以滿足較高的性能要求。采用單片機(jī)來對它們進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大的優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被測溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠

2、大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對溫度的控制問題是一個工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到的控制問題。模糊PID單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)，是利用單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器，測量電路中的溫度反饋信號經(jīng)A/D變換后，送入單片機(jī)中進(jìn)行處理，經(jīng)過模糊PID算法后，單片機(jī)的輸出用來控制可控硅的通斷，控制加熱爐的輸出功率，從而實(shí)現(xiàn)對溫度的控制。本設(shè)計(jì)運(yùn)用MCS-51系列單片機(jī)集中的8051單片機(jī)為主控制器，對加熱爐的溫度進(jìn)行智能化控制，最終通過軟件設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話功能，實(shí)現(xiàn)對加熱爐的溫度控制。本設(shè)計(jì)主要介紹模糊PID單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)，

3、內(nèi)容主要包括：采樣、濾波、鍵盤顯示、加熱控制系統(tǒng)，單片機(jī)MCS-51的開發(fā)及系統(tǒng)應(yīng)用軟件的開發(fā)等。全文共分四章。第一章緒論介紹相關(guān)技術(shù)發(fā)展，系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述及設(shè)計(jì)要求，方案論證。第二章硬件電路的設(shè)計(jì)介紹主控電路核心MCS-51單片機(jī)AT80C51的基本結(jié)構(gòu)和配置以及一些子模塊的設(shè)計(jì)。第三章典型芯片的介紹MAX6675包括了A/D采樣技術(shù)和數(shù)字濾波技術(shù)。第四章軟件設(shè)計(jì)介紹以模糊PID為主的溫度控制算法及系統(tǒng)加熱控制系統(tǒng)。第五章主要是系統(tǒng)軟件編程。2單片機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展單片機(jī)又稱為微控制器（Microcontroll

4、er），是把中央處理器(CPU)、隨機(jī)存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、定時器/計(jì)數(shù)器、I/O接口電路等部件集成在一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)。自問世以來，性能不斷提高和完善，加之具有控制能力強(qiáng)、體積小、功耗?。怀杀镜?、開發(fā)周期短、集成度高；速度快，指令周期為μ共43頁第43頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊S級；功能強(qiáng)，有豐富的內(nèi)置資源；易于商品化，多數(shù)廠商提供配套外圍借口芯片；抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，在工業(yè)控制、智能儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和處理、通信系統(tǒng)、高級計(jì)

5、算機(jī)、家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，并且正在逐步取代現(xiàn)有的多片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，數(shù)字單片機(jī)的位數(shù)越來越多，精度也越來越高。另外，在需要極高響應(yīng)速度的控制場合，還出現(xiàn)了模糊單片機(jī)，它是專門執(zhí)行模糊邏輯信號的器件，具有極高的模糊推理速度。今天，還出現(xiàn)了不少高級語言的開發(fā)工具，這些系統(tǒng)經(jīng)過仿真可在更高的開發(fā)平臺上進(jìn)行快速的開發(fā)，為單片機(jī)的廣泛應(yīng)用鋪平了道路。所以，在未來的社會主義工業(yè)化建設(shè)中，單片機(jī)無疑會發(fā)揮更大的作用。單片機(jī)具有處理能強(qiáng)、運(yùn)行速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用在溫度測量與控制方面，控制簡單方便，測量范圍廣，精

6、度較高。3系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述及設(shè)計(jì)要求采用單片機(jī)為控制核心器件，選擇合適的傳感器對電阻絲加熱爐溫度進(jìn)行測量，并采用模糊PID控制算法使其保持在某一設(shè)定的溫度值。溫度值可由鍵盤設(shè)定，并在LED顯示器上顯示。具體要求如下：1）溫度范圍為500℃—1500℃2）系統(tǒng)有必要的保護(hù)和報(bào)警3）溫度值有顯示4）誤差范圍≤1℃4方案論證4.1總體方案比較與論證方案一：采用CPLD作為主控制器控制外圍電路進(jìn)行溫度測量、鍵盤和LED控制、報(bào)警控制。方案二：采用AT89C51單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制。AT89C51內(nèi)部自帶程序存儲器，采用

7、Intel8279鍵盤/顯示器的控制，K型熱電偶（鎳鉻-鎳硅）作為測溫傳感器,AD574芯片作數(shù)模量轉(zhuǎn)換芯片,用繼電器對電阻爐加熱進(jìn)行控制。采用PID控制算法對溫度進(jìn)行控制，此系統(tǒng)硬件簡潔，將復(fù)雜的硬件功能用軟件實(shí)現(xiàn)，因此系統(tǒng)控制靈活，能很好地滿足本題的基本要求和擴(kuò)展要求。比較以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)：方案一邏輯電路復(fù)雜，且靈活性較低，不利于各種功能的擴(kuò)展，而且開發(fā)成本很高。方案二簡潔、靈活、可擴(kuò)展性好，能完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。通過大量的資料的查找與對比采用第二種方案較好。故采用方案二。共43頁第43頁┊┊┊┊┊┊┊

8、┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊4.2典型模塊電路的設(shè)計(jì)方案與比較4.2.1溫度檢測方案方案一：利用熱釋電紅外傳感器（探測器）進(jìn)行非接觸式紅外測溫的原理、紅外測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和信號處理電路的組成，目的是實(shí)現(xiàn)對移動物體的非接觸式溫度測量。以此為基礎(chǔ)，組裝了一套微機(jī)紅外測溫實(shí)驗(yàn)裝置，用該裝置測定了目標(biāo)表面溫度變化規(guī)律。在大約190℃測量精度達(dá)到最高，其殘差為9.5。但是在測定