《微机控制技术》课程设计-电阻炉微型计算机温度控制系统的设计.docx

课程设计任务书
学生姓名: 陈超专业班级: 自动化0803班
指导教师: 石云工作单位: 自动化学院
题目: 电阻炉微型计算机温度控制系统的设计
初始条件:
设计一个电阻炉微型计算机温度控制系统,系统为一阶惯性纯滞后特性,温度控制要求为100℃,温度控制精度为 1℃;通过LED 显示温度;
要求完成的主要任务:
输入通道及输出通道设计(温度传感器,A/D转换,PWM输出控制和温度调节驱动电路);
键盘(温度设置)与LED(温度显示)接口设计;
采用SMITH预估控制算法;
系统软件流程及各程序模块设计;
完成符合要求的设计说明书
时间安排:
2011年6月20日~2010年6月30日
指导教师签名: 年月日
系主任(或责任教师)签名: 年月日
目录
1 控制对象及其控制性能要求 3
2 系统控制方案的比较 3
3 微机控制系统总体设计 4
温度信号输入通道 4
温度传感器 5
运算放大器 6
A/D转换器 6
执行信号输出通道 7
LED显示模块 8
系统控制器电路设计 9
5 Smith预估控制算法 10
6 系统软件设计 11
小结 13
参考文献 14
附录 15
附录一 15
附录二 22
附录三 23
电阻炉微型计算机温度控制系统的设计
摘要
单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点,可以说,智能控制与自动控制的核心就是单片机。目前,一个学****与应用单片机的高潮在全社会大规模地兴起。学****单片机的最有效方法就是理论与实践并重,本文用89C51单片机自制了一个温度控制系统,重点介绍了该系统的硬件结构,即输入通道及输出通道、LED接口显示与主控制器的设计及编程方法。
关键词:单片机、温度传感器、模/数转换器、输入输出通道
1 控制对象及其控制性能要求
本系统电阻炉进行微型计算机控制,系统为一阶惯性纯滞后特性动态特性,温度控制在100℃,温度控制精度为1℃,电阻炉的温度通过LED数码管显示。
2 系统控制方案的比较
控制器的选择:本设计的控制器在PC机和单片机之间选择单片机,其原因是单片机具有集成度高,通用性好,功能强,特别是体积小,重量轻,耗能低,可控性高,抗干扰能力强和使用方便等独特优点,在数字智能化方面有广泛的用途。本系统所使用的单片机是我们熟悉的MCS51单片机中的89C51,它具有使用简便、价格便宜等诸多特点。
温度采集方案的选择与比较:考虑到题目温度要求为100℃,温度传感器采用美国DALLAS公司生产的 DS18B20,具有耐磨耐碰,体积小,使用方便,封装形式多样,适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域,其测温范围-55℃~+125℃,℃,完全符合题目要求。运算放大器选用LM324,它的功能是将传感器的放大给A/D转换器,不必要求太高。在A/D转换器方面,选用8位A/D转换器ADC0809。
3 微机控制系统总体设计
单片机温度控制系统是以89C51单片机为控制核心,辅以采样反馈电路,驱动电路,晶闸管主电路对电炉炉温进行控制的微机控制系统。其系统基本控制原理为:将温度设定值(即100℃)和温度反馈值同时送入控制电路部分,然后经过调节器运算得到输出控制量,输出控制量控制驱动电路得到控制电压施加到被控对象上,电炉因此达到规定的温度。
结构图如图3-1所示:
图3-1 电阻炉控制系统总体结构设计图
温度信号输入通道
温度信号输入通道的原理图如图4-1所示。电路主要由温度传感器、运算放大器和模/数(A/D)转换器三部分组成。本方案比采用温度变送器的方案结构简单,体积小,价格低。
图4-1 温度输入信号通道
温度传感器
温度传感器采用美国DALLAS公司生产的集成化半导体传感器 DS18B20。集成化传感器是新型器件,它比直接用一个PN结作传感器灵敏度高,线性好,使用方便。
DS18B20的工作温度为-55℃~+125℃。其输出电流根据下式计算:
ISET=T×227μI/KRSET
式中:ISET为流进DS18B20 V+脚的电流,单位为μA;T为热力学温度;RSET为传感器外接电阻,单位为Ω。
若取227Ω,则
ISET=T×1(μA/K)
考虑到引线电阻对外接电阻的影响,通常将RSET与DS18B20一起安放在探头内,这样即使长线传输也不会降低精度,从而可以遥测温度。
图4-1中,RL为传感器的负载电阻,它把传感器输出的电流信号转换为电压信号。在RSET=227Ω条件下,如果取10kΩ,则温度信号电压
Vout=ISETRL=227TRL/RSET=10T(mV/K)
可见