电加热炉温度单片机控制系统

0 引 言 　　电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，已经在冶金、化工、机械等各类工业控制中得到了广泛应用，并且在国民经济中占有举足轻重的地位。对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。　　单片机以其高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点，在工业控制系统、智能化仪器仪表等诸多领域得到广泛应用。采用单片机进行炉温控制，可以提高控制质量和自动化水平。　　1 单片机炉温控制系统结构 　　本系统的单片机炉温控制系统结构主要由单片机控制器、可控硅输出部分、热电偶传感器、温度变送器以及被控对象组成。如图1所示。
　　炉温信号t通过温度检测及变送，变成电信号，与温度设定值进行比较，计算温度偏差e和温度的变化率de/dt，再由智能控制算法进行推理，并得控制量u，可控硅输出部分根据调节电加热炉的输出功率，即改变可控硅管的接通时间，使电加热炉输出温度达到理想的设定值。　　2 系统硬件设计　　2.1 系统硬件结构　　以at89c51单片机为该控制系统的核心，实现对温度的采集、检测和控制。该系统的工作流程如图2所示。系统由变送器经a/d转换器构成输入通道，用于采集炉内的温度信号。　　变送器可以选用dbw，型号，它将热电偶信号(温度信号)变为0～5 v电压信号，以供a/d转换用。转换后的数字量与炉温数字化后的给定值进行比较，即可得到实际炉温和给定炉温的偏差及温度的变化率。炉温的设定值由bcd拨码盘输入。由at89c51构成的核心控制器按智能控制算法进行推算，得出所需要的控制量。由单片机的输出通过调节可控硅管的接通时间，改变电炉的输出功率，起到调温的作用。 　　2.2 系统硬件的选择　　a)微型计算机的选择：选择at89c51单片机构成炉温控制系统。它具有8位cpu，3 2根i/o线，4 kb片内rom存储器，128 kb的ram存储器。at89c51对温度是通过可控硅调功器实现的。在系统开发过程中修改程序容易，可以大大缩短开发周期。同时，系统工作过程中能有效地保存一些数据信息，不受系统掉电或断电等突发情况的影响。at89c51单片机内部有128 b的ram存储器，不够本系统使用，因此，采用6264(8 kb)的ram作为外部数据存储器。　　b)热电偶的选择：本设计采用dbw型热电偶--镍络-镍硅(线性度较好，热电势较大，灵敏度较高，稳定性和复现性较好，抗氧化性强，价格便宜)对温度进行检测。由于温度是非线性输出的，而与输入的mv信号成线性关系，所以在软件上将此非线性关系加以修正，以便正确反映输入mv信号与温度之间的关系。adc0809把检测到的连续变化的温度模拟量转换成离散的数字量，输人到单片机中进行处理。　　c)键盘输入的选择：采用4片bcd拨码盘作为温度设定的输入单元，输入范围为0～9999，可满足本系统的要求。每位bcd码盘占4条线，通过上拉电阻接入8255可编程并行i/o扩展口。4片bcd码盘占8255的a、b两口，8255工作方式设为"0 模式"，a、b两口均为输入方式。开机后，cpu读8255口操作，即可将bcd码盘的设定温度读入并存人相应的存储单元。　　d)显示器的选择：采用字符型lcd(液晶显示器)模块tc1602a，并且它把lcd控制器、rom和lcd显示器用pcb(印制板)连接到一起，只要向lcd送人相应的命令和数据便可实现所需要的显示，使用特别方便灵活。第1行显示设定温度，第2行显示实际温度，这样，温差一目了然，方便控制。
　　3 系统软件设计　　本系统的应用程序主要由主程序、中断服务程序和子程序组成。主程序的任务是对系统进行初始化，实现参数输入，并控制电加热炉的正常运行。主程序主要由系统初始化、数据采集及处理、智能推理等部分组成。系统初始化包括设置栈底、工作寄存器组、控制量的初始值、采样周期、中断方式和状态、定时器的工作方式以及8255的初始化、tc1602a的初始化等。数据采集及处理主要包括实时采集电加热炉的炉温信号，计算出实际炉温与理想值的