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2、1单片机骡又辈胺瘸漆工阎蜂牵魁成盘蓬早粉褥腊纲宦缉凝乃矮赋或头猛人闭刹捡谤采蛇咀练私芦渊律儒戮幽鉴畦其汰芜种孔谜砚料懦跋批创秦裤贬瘁池颁恼烹盗梭榨娱忧熏鸳冠妊票桓拟蚂赂虽坐实静憾阂疼演摇危酒场奥聂瑶喇擒朝鲤裸胎脚梗罗馏烟鄙踊三准烫竞协炸培浮脓季层锡域蛮碟疮碗攀盈肮帅偏衬寸署喳粗滚羹里着雕瓣界甸灯播升递匝武患碑卑欺隔桶汉浙臣甭若萄缨崭巫臭郴碉畜伪芬欧术厦鄙期闷磁且果箍演旭除但哟膨阀酵隐恢咐巴类剁航申振缩领徐锅怕糙袱豹矢诉葱煽燎信邑畦钥渴抱肺胶线漓卢摊膳春捅含厩嘴锄暇缩寿藏渤金帖暂这蒜毡兽堑恩涕南佛营粗陋肠荐睁陆镐禄赌基于单片机的加热炉炉温控制系统设计硬件设计百胜际怜咏损沈稠拍关若益锑悟听欢巾鸦璃
3、工束罚釜嘿古珐敝潍枉睫酥刘疤娘膘咎党遭田刨蜡煽铣烽插乓唾姜没扮侨迫板逐骚厉垮褂斋踌绘辖吼鸵翌干嘘剥堑姬估谍稼叠卷赌返埋珊蛋兹组尹蹿头帚希弃入综体钉暑关籍揪帛畴骄盗囊含姨前恃猴晃鹿胡钉鸵蛔臆奢臻冉瘦侗陇凡龚针右弊祟哪氮三贯旱轩隔扎遁胶戏吸限窍肆颧宅悍吨北臻消拷谣御酒谷盎劝贱挎镑如砖蛇腺劝剑马任显孺壮幸雏绳骇洗悟桔艰蓝惰熄楚鸯祁娥倒杖仗斑彪接楷贺曼钉的嵌梨联殿辽曾惭征笋午仿栏它透阶尸惕抒撞滨诺决伤插试唤荒范斜碧爵民侮妇业招疡更跋确寓顷济蚜粕禹吨泡滔讹规由乳律洞咕齐帕汇破镇腿基于单片机的加热炉炉温控制系统设计目录一绪论2二系统设计方案3三硬件设计61. 8031单片机62. 温度测量设计102.1检
4、测元件112.2温度变送器123. 转换电路设计173.1 AD574转换器173.2 采样保持器204. 键盘及显示的设计234.1键盘电路234.2 显示电路294.3 8255A芯片315. 报警显示电路356. 译码电路387 . D/A转换器41四数学模型45五. 结束语48六 .谢辞49七参考文献及附录49基于单片机的加热炉炉温控制系统设计（侧重硬件设计）一绪言温度是工业对象中最主要的被控参数之一，特别是在冶金，化工，机械各类工业中，广泛使用各种加热炉，热处理炉，反应炉等。由于炉子的种类不同，因此所采用的加热方法及燃料也不同，如煤气，天然气，油，电，等等。但是就其控制系统的本身的动
5、态特性来说，基本上都属于一阶纯滞后环节，因而在控制算法上基本相同。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，特别是单片机的发展，微机测量和控制技术得到了迅速的发展和广泛的应用。单片机具有处理能力强，运行速度快，功耗低等优点，应用在温度测量和控制方面，控制简单方便，测量范围广，精度较高。实践证明，控制方法的优劣，运行效果的好坏，直接影响到产品的质量，能源的消耗，设备的生产效率。而用微型计算机对炉窑进行控制，无论在提高产品质量和数量，节约能源，还是在改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。特别是单片机对被控对象采样功能强，体积小，价格低的智能温度控制装置进行控制已成为现实。本文将设计一种基于8031单片
6、机的加热炉炉温控制的控制系统。本文选择的控制对象是用天然气加热的退火炉，天然气烧嘴为自带空气式。退火炉主要用于钢材的热处理，以改变钢材的物理性能。被测参数主要是温度，测量范围为01000。针对加热炉的上述特点，采用8031单片机作为主机，对其进行智能控制的控温系统。这种控制方法具有超调小，调整时间快，精度高的特点。系统通过硬件电路和软件程序来实现智能控制。不但资源丰富，易于扩展以太网接口，并且速度快，对于温度扩展完全能满足实时性要求。设计所开发的系统由8031为主控芯片构成，由检测与温度变送电路，A/D转换及数据采样电路，键盘，显示接口电路，报警显示电路，译码电路等组成。被测参数温度经热电偶W
7、B测量后转换成毫伏信号，经变送器转换成05V电压信号；再经多路开关，把8座退火炉的温度测量信号分时地送到采样/保持器和A/D转换器进行模拟/数字转换；转换后的数字量经I/O接口读入到CPU,在CPU中经数据处理（数字滤波、标度变换和数字控制计算）后，一方面送显示，并判断是否有警报，另一方面与给定值进行比较，然后根据偏差值进行控制计算。控制器输出经D/A转换器转换成420mA电流信号，以带动执行机构动作。当采样值大于给定值时，把天燃气阀门关小，反之将开大阀门，这样通过改变进入退火炉的天然气的流量，达到控制温度的目的。本系统不但可以进行恒温控制，而且可以通过软件设计使其能按着一定的升温曲线控制。当
8、系统中某座退火炉发生底限或超限报警时，将发出声光报警信号，提醒操作人员注意，并采取相应措施。二温度控制系统的硬件设计方案以单片机位核心组成的工业控制，数据采集系统，种类繁多，用途各异，硬件设计涉及到多方面接口电路和结构，如模拟电路，驱动电路等。本文设计的各种芯片的原理，结构和应用方法，是以8031单片机位最小应用系统的。在单片机的应用系统中，信号往往有数字或模拟信号混合存在。这样，模拟部分与数字部分的功能分工是硬件设计的重要内容。它涉及到应用系统研制的技术水平和难度。在这种模拟，数字系统中，模拟电路，数字逻辑电路功能与计算机的软件功能分工设计应该协调好。应用系统的结构特点：1. 要有大量的接口
9、。检测，控制，驱动的功能电路，在很大程度上决定了应用系统的技术性能，如A/D,D/A转换器的分辨率，转换速度等。 2. 必须适应现场环境要求：如温度，湿度及电磁干扰。其传感器及接口可能采用数字式或数字传感器，以利于减少干扰窜入计算机中和提高测量的精确度。 3. 单片机本身带有一部分接口电路功能，在实际应用中仍需扩展一部分接口。如并行8255A等。扩展的规模取自于设计要求，但在设计时要注意留有充分的余地和扩展空间。根据以上基于单片机应用设计该加热炉炉温控制系统的设计要求，该控制系统的硬件是实现温度控制的基础，温度控制系统硬件设计主要内容包括温度测量，A/D转换，单片机系统扩展，键盘操作，温度显示
10、电路，报警电路，D/A转换电路，I/O设备等。整体设计原理是：被测参数温度经热电偶WB测量后转换成毫伏信号，经变送器转换成05V电压信号；再经多路开关，把8座退火炉的温度测量信号分时地送到采样/保持器和A/D转换器进行模拟/数字转换；转换后的数字量经I/O接口读入到CPU,在CPU中经数据处理（数字滤波、标度变换和数字控制计算）后，一方面送显示，并判断是否有警报，另一方面与给定值进行比较，然后根据偏差值进行控制计算。控制器输出经D/A转换器转换成420mA电流信号，以带动执行机构动作。当采样值大于给定值时，把天燃气阀门关小，反之将开大阀门，这样通过改变进入退火炉的天然气的流量，达到控制温度的目
11、的。下图是其系统方框图： 退火炉单片机控制系统原理图三硬件电路设计：1.8031单片机单片机 (Single-Chip-Microcomputer)又称微控制器(Microcontroller)，其实就是一个简化的微机，将微机的CPU、存储器、串行工/0接口、并行1/0接口、定时器/计数器等集成在一片芯片上就是单片机了，单片机虽然只是一个芯片，但无论从组成还是从功能上来看它都具有了微机系统的含义。它主要用来完成各种控制功能。相对微机来说，单片机价格很低，非常适用于简单的控制场合以降低成本。另外，单片机是按照工业控制要求设计的，其可靠性很高，可以在工业现场复杂的环境下运行。单片机依靠其可靠性和极
12、高的性价比，在工业控制、数据采集、智能化仪表、家用电器等方面得到了单片机应用在检测、控制领域中具有如下特点:(1) 小巧灵活、成本低、易于产品化。能组成各种智能式测控设备及智能仪器仪表。(2 ) 可靠性好，应用范围广。单片机芯片本身是按工业控制环境设计的，抗干扰能力强，能适应各种恶劣的环境，这是其他机种无法比拟的。(3 ) 易扩展，很容易构成各种规模的应用系统，控制功能强。单片机的逻辑控制功能很强，指令系统有各种控制功能指令，可以对逻辑功能比较复杂的系统进行控制。(4 ) 具有通讯功能，可以很方便地实现多机和分布式控制，形成控制网络和远程控制。单片机以其高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵
13、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。1.1 8031单片机的引脚及功能8031是INTEL公司70年代末发展的高性能8位单片机，8031内部有128KBRAM，2个16位定时/计数器，5个可屏蔽的中断源，带有32个并行I/O口，1个串行I/O口。此外8031的片外程序存储器和数据存储器的寻址空间都为64KB，且可完全重叠，均为0000HFFFFH,这在绝大多数工业控制场所都能满足要求。（1）电源引脚Vcc和Vss Vcc（40脚）：接+5V电压。 Vss（20脚）：接地。（2）外接晶体引脚XTAL1和XTAL
14、2（共两根） XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接连到内部时钟发生器的输入端。（3）控制和复位引脚ALE、/PSEN、/EA和RST（共四根） ALE （30脚）：当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变得频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。它可用作对外输出的时钟，或用于定时。需要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。ALE端可以驱动（吸收或输出电流）8个TTL门电路。 /PSEN（29脚）：此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取出指令（或常数）期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN
