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1、个人收集整理 勿做商业用途目录一、系统设计方案的论证与比较 1.二、硬件电路设计 2.2。1、主控单元 2.2.2 、温度采集 2.2。3、AC-SSR交流功率调节电路 32。 4、变送电路 3.1、420mA变送器 XTR10.3.2、I/V 转换器 RCV42.04.2。 5、键盘及显示的设计 4.1 、键盘设计 4.2、LED数码管显示设计5.2.6 、硬件连接图 5.三、Matlab 参数整定 6.3。1 闭环连续 pid 控制6.3.2 、增加扰动 7.3。 3 增加史密斯预估器 7.3.4 数字 pid 算法实现 8.1、流程图如下： 8.2、Matlab中m文件实现温度控制的pi
2、d增量型算法如下： 93、显示二维平面图如下： 1.0四、系统软件设计 1.0.4.1 主程序模块 1.0.4.2 功能实现模块 1.1.1、T0 中断子程序 1.1.2、T1 中断子程序 1.1.4.3 运算控制模块 1.2.1、标度转换子程序 1.2.2、PID 算法1.2.五、源程序 1.2.摘要：电阻炉是一种利用电流通过电热元件产生的热量加热工件的热处理设备。具有结构简单、操作简便、价格低廉等特点，广泛用于淬火、正火、回火和退火等 常规热处理生产，是机械制造企业最常用的热处理加热设备之一.电阻炉炉温控制系统控温性能的优劣以及智能化程度的高低，不仅直接影响机械产品质量的高低，而且还直接影
3、响热处理生产劳动强度的大小。随着微电子制造技术和现代控制技术的发展，采用以功能强、体积小、价格低的单片机为核心、以先进PID控制为算法构建智能化电阻炉温度控制系统已成为现实。本文介绍了以AT89S52单片机为核心的温度控制器的设计，在该设计中采用 热电偶温度传感器以及DW温度变送器对电热锅炉的温度进行实时精确测量,送 入8位的AD0809进行AD转换，从而实现自动检测，实时显示及越限报警。控制 部分采用PID算法,实时更新PWM控制输出参数，通过AC-SSR电路实现了对炉 温的高精度控制 关键词：炉温控制；PID控制；单片机、系统设计方案的论证与比较根据题目要求，电热锅炉温度控制系统由核心处理
4、模块、温度采集模块、键盘显示模块、及控制执行模块等组成。此次设计采用比较流行的AT89S52作为电路的控制核心，使用8位的模数转 换器AD0808进行数据转换，控制电路部分采用PWMB过AC-SSF实现锅炉温度的 连续控制，此方案电路简单并且可以满足题目中的各项要求的精度。综上分析， 我们采用方案二。系统总体框图如下。图1控制器设计总体框图根据温度变化慢，并且控制精度不易掌握的特点,我们设计了以AT89S52单 片机为检测控制中心的电热锅炉温度自动控制系统。温度控制采用改进的PID数字控制算法，显示采用8位LED动态显示.该设计结构简单，控制算法新颖，控 制精度高，有较强的通用性。所设计的控制
5、系统有以下功能：1、温度控制设定波动范围小于土 1%,测量精度小于土 1%,控制精度小于土 2%2、实时显示当前温度值 .3、按键控制 : 设置复位键、运行键、功能转换键、加一键、减一键。4、越限报警。二、硬件电路设计硬件系统主要由AT89S5单片机、温度采集、A/D转换、光耦隔离、键盘显 示电路、蜂鸣报警、等功能电路组成。2.1 、主控单元AT89S5单片机为主控制单元。AT89S5是 ATME公司生产的低功耗、高性能 CMOS位单片机它除正常工作以外还可以工作于低功耗和掉电模式，进一步减 少了芯片的功耗。降低芯片的温升，延迟了芯片的使用寿命。其内部配有8K 勺 Flash 程序存储器和 2
6、56字节的数据存储器。所配置的 Flash 程序存储器，便于实 现ISP在线下载，降低了应用系统的开发成本。除此之外 ，AT89S52还具有2个 16 位定时计数器。 5个两级中断源结构， 32位并行输人/输出端口和一个全双工的 串行口，以及看门狗定时器等功能单元。AT89S5单片机首先根据炉温的给定值和 测量值计算出温度偏差，然后进行PID控制并计算出相应的控制数据由P1. 0口输 出。最后将P1. 0口输出的控制数据送往光电耦合隔离器的输入端，利用PW脉冲调制技术调整占空比，达到使炉温控制在某一设定温度.AT89S52单片机还负责按 键处理、温度显示以及与上位机进行通信等工作。4位高亮度L
7、ED用于显示设定温 度或实测温度 .2。2、温度采集温度采集电路主要由铂铑一铂热电偶 LB 3。LB 3热电偶可以在1300 E高 温下长时间工作，满足常规处理工艺要求 .测温时,热电阻输出mV热电势，必须经过变送器变换成 0 5V的标准信号。 本系统选用DW饉温度变送器，并将其直接安装在热电偶的接线盒内， 构成一体 化的温度变送器 ,不仅可以节省补偿导线 , 而且可以减少温度信号在传递过程中 产生的失真和干扰。电阻炉炉温信号是一种变换缓慢的信号。 这种信号在进行A/D转换时，对转 换速度要求不高。 因此为了减低成本以及方便选材 ,可以选用廉价的、 常用的 A/D 芯片ADC0808 ADC0
8、808是一种逐次逼近式8路模拟输入、8为数字输出地A/D 转换器件，转换时间为100us，完全满足系统设计的要求。经过 ADC0808专换所 得到的实测炉温数据直接送入 AT89S52单片机中进行数据处理。此外, 为了防止断偶或者炉温越限，产生热处理质量事故；同时为了提高温 控系统的智能化控制性能， 降低热处理操作人员的劳动强度， 本系统特别设置了 断偶或炉温越限自动报警电路。在热处理生产过程中 , 当发生断偶或炉温越限等异常现象时，主控单元AT89S52单片机自动启动报警电路进行声、 光报警，以便 操作人员快速处理，防止炉内工件过热，破坏金属组织结构。2.3、AC SSR交流功率调节电路由输
9、出来控制电炉，电炉可以近似建立为具有滞后性质的一阶惯性环节数学 模型。为了避免交流接触器等机械触电因频繁通断产生电弧，烧坏触电或者干扰其他设备正常工作，本系统选用AC SSR交流功率调节器作为PID控制系统的执 行机构。AT89S52单片机P1.0 口输出的温度控制信号经过光电耦合器件隔离， 送至过零检测电路。过零检测电路产生脉冲控制 AC SSF调功电路。当实测温度 偏低时，单片机输出的控制信号使得双向可控硅的导通角减小，导通时间变短， 加热器功率降低炉温适当降低.通过控制输入到加热器平均功率的大小达到控制 电阻炉炉温的目的。采用过零触发的方式，使可控硅输出为正弦波，有效地避免 了移相触发输
10、出非正弦波而造成的对电网的公害。控制执行部分的硬件电路如下图图2控制执行部分的硬件电路2。4、变送电路1、420mA变送器 XTR101XTR10伪420mA线性化变送器，它可与镍络-镍硅测温传感器构成精密的 T/I变换。器件中的放大器适合很宽的测温范围， 在-40 C+85C的工作温度内, 传送电流的总误差不超过1%供电电源可以从11。6V到40V,输入失调电压 2。5mV输入失调电流20nA.XTR101外形采用标准的14脚DIP封装。XTR101 有如下两种应用于转换温度信号的典型电路：XTR101n1mAt1mA3Tlieil iuCuJjT2、N 转换器 RCV420RCV42(是一
11、种精密电流/电压变换器，它能将420mA勺环路电流变为05V 的电压输出，并且具有可靠的性能和很低的成本。除具有精密运放和电阻网络外， 还集成有10V基准电源。对环路电流由很好的变换能力。具有一 25r+85C和 0C70C的工作温度范围，输入失调电压 1mA总的变换误差0。1%电源电压 范围土 5土 18V。RCV420的外形采用标准的16脚DIP封装.它的典型应用如下：u fir r 5e7汕2。5、键盘及显示的设计1、键盘设计位选键SW与 P2A3相连,INTO与外部中断 0( P3。2A)相连，INT1与外部中断1 (P3.3A ) 相连。采用外部中断方式实现温度的设置。功能定义如下：
12、(1) 、当SW拨到下面时，INT0健实现温度值的十位加 1，INT1健实现温度值的十位减1(2) 、当SW拨到上面时，INT0健实现温度值的个位加 1，INT1健实现温度值的个位- .图3温度设置2、LED数码管显示设计11显示采用8位共阴LED动态显示方式，显示内容有温度值的百位、 十位及个位，这样可以 只用P3。0( RXD 口来输出显示数据，从而节省了单片机端口资源，在P2.5，P2.6，P2.7三个10 口和P3。1(TXD)的控制下通过 74LS138和74LS164来实现8位动态显示。 k1*11r11炉温的实时显示呈示设定温度图4 LED显示2。6、硬件连接图1吧曲仁耳三、Ma
13、tlab参数整定通过使用MATLAB勺simulink仿真构造传递函数为控制对象，其结构图如 下：M3509+1Transfer Fcn2 Transpwl图6控制对象结构图要设计数字pid炉温控制系统，首先设计连续的pid控制器。以下为在matlab simuli nk中构建系统框图如下：3。1闭环连续pid控制图7闭环连续PID控制结构图仿真结果如下：图8阶跃响应曲线图个人收集整理勿做商业用途图9增加施密斯预估器的控制结构图3。2、增加扰动图9增加扰动的控制结构图图8阶跃响应曲线图3.3增加史密斯预估器ShlM h=!匚电IE个人收集整理勿做商业用途图10 PID算法流程图仿真结果如下图1
14、0阶跃响应曲线图3。4数字pid算法实现1、流程图如下：个人收集整理 勿做商业用途2、Matlab中m文件实现温度控制的pid增量型算法如下: clear all; close all;ts=1； %采样时间 =1s sys=tf(50, 350, 1, iodelay , 0);% Gp_s 的传递函数ts=1； dsys=c2d(sys,ts, z；) %离散传递函数num,den=tfdata(dsys, ); %离散化后提取分子、分母 e_1=0； %上一偏差Ee=0; %偏差累计 u_1=0.0;%上一状态控制器输出u_2=0。0;y_1=0; %上一状态输出y_2=0;kp=1 ;% PID 参数ki=0。 04; kd=4; for k
