温度PID控制-课程设计--.doc
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1、温度PID控制-课程设计- 作者: 日期:2 个人收集整理 勿做商业用途目录1 引言12 设计方案12.1 课题内容12.2 总体方案13硬件设计23。1 单片机控制电路23。2 显示、按键、报警电路23.2.1 LCD显示23。2。2按键与报警电路33.3 温度检测与A/D转换33.3。1 温度变送器33。3.2 A/D转换43。4输出电路44软件设计64。1 周期采样程序64。2 数字滤波程序64。3 PID程序74。4 主程序85心得与体会9参考文献9附件系统原理图101 引言温度是工业对象中一种重要参数,特别在冶金、化工、机械各类工业中,广泛使用各种加热炉、热处理炉和反应炉等。由于炉子
2、的种类不同,因此所采用的加入方法及燃料也不同,如煤气、天然气、由和电等。但是就其控制系统本身的动态特性来说,基本上都属于一阶纯滞后环节,因而在控制算法上亦基本相同。用微型计算机对炉温进行控制,无论在控制品质,节约能源,还是在改善劳动环境等方面都显示了巨大的优越性。本文介绍了温度测量及自动控制系统的设计。主要组成部分:AT89C51单片机、温度传感器、A/D转换、显示电路、温度控制及键盘电路。它可以实时地显示温度,实现对温度的自动控制并设有报警电路.还可以通过键盘对PID参数进行设置。2 设计方案2.1 课题内容某工业电炉在对产品进行加工的过程中,炉温从室温上升到1000应为30min,然后温度
3、保持到1000,其时间为1小时。最后断电,使电炉自然冷却.电炉的加热源是热阻丝,利用大功率可控硅控制热阻丝两端所加的电压大小,来改变流经热阻丝的电流,从而改变电炉炉内的温度。炉温控制的基本原理是:改变可控硅的导通角即改变电热炉加热丝两端的有效电压,有效电压可在0140V内变化。温度传感器是通过一只热敏电阻及其放大电路组成,温度越高其输出电压越小。外部LED灯的亮灭表示可控硅的导通与关断的占空比时间,如果炉温低于设定值则可控硅导通,系统加热,否则系统停止加热,炉温自然冷却到设定值。要求设计一个以单片机为核心,包括主要过程输入输出通道及主要接口,外配LED显示、键盘操作以及包括传感变送器及执行器的
4、小型计算机控制系统。2.2 总体方案为实现温度的检测,可以选用热电偶、热电阻等测温单元,然后通过变送器将其信号变换为标准的 信号,并经过A/D转换,供微型计算机处理。在微处理器内,输入信号经过相应算法的处理,如PID控制算法等,输出相应的控制信号.温度的控制主要是控制发热电阻丝的发热,而电阻丝发热量的控制,可以通过调功的方法实现,即控制电阻丝两端交流电压的通断时间的比例来实现,基于以上分析,可得流程图如图1所示。51单片机A/D转换器温度检测与变送光电隔离电路外部驱动电路键盘、显示单元报警电路图1设计框图3硬件设计3。1 单片机控制电路该温度控制系统中,选用AT89C52单片机作为处理器,其内
5、部包含微处理器(CPU)、储存器、I/O接口、定时/计数器、中断系统、串行接口等部件。完全能满足控制要求。同时由于该系统中要用到数码管显示、A/D转换、键盘、报警电路、信号输出,其外部扩展功能多,因此选用8255作为并行输出接口,方便外部数据寻址。单片机小系统如下图1所示。图2单片机控制电路由图可知,8255的A口、B口、C口、控制端口地址分别为:F8FFH、F9FFH、FAFFH、FBFFH.3。2 显示、按键、报警电路3.2.1 LCD显示液晶显示器LCD问世以来,以其微功耗、小体积、轻质量、超薄等诸多优点,广泛应用于微型计算机控制系统和智能化仪器中.另外,LCD在大小和形状上更加灵活,接
6、口简单,不但可以显示数字、字符,而且可以显示汉字和图形,因此在各种仪器仪表、电子产品上得到广泛应用.LCD已成为一种站主导地位的显示器件。在本温度控制系统中,选用AMPIRE 128X64型LCD作为显示部件,该液晶模块可以显示汉字及图形,内置8192个中文汉字(16X16点阵),128个字符(16X16点阵),及64X256点阵显示RAM。可与CPU直接接口,提供两种界面来连接微处理器:8位并行及串行两种连接方式。具有多种功能:光标显示、画面移位、睡眠模式。AMPIRE 128X64型LCD驱动电路如图3所示。图3 LCD显示电路3。2。2按键与报警电路按键为触发式按键,当按下时导通,松开时
7、断开,当按键未按下时,相应管脚电平为“1”,当按键按下时,相应管脚电平被拉低,即“0”;因此检测管脚电平的高低,即可判断键是否按下。报警电路采用黄、红、绿三种颜色的发光二极管进行显示,黄灯亮表示温度偏低,绿灯亮表示温度正常,红灯亮表示温度过高。电路如图4所示。图4按键、报警电路3。3 温度检测与A/D转换3。3.1 温度变送器ST1000一体化温度变送器将温度传感元件(热电阻或热电偶)与信号转换放大单元有机集成在一起,用来测量各种工艺过程中2001600范围内的液体、蒸汽及其它气体介质或固体表面的温度。它通常和显示仪表、记录仪表以及各种控制系统配套使用。ST1000系列变送器有如下特点:DC2
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