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1、 毕业设计、毕业论文题 目 电炉温度微机监控系统 学 院 电气与电子工程学院 专业班级 060307 指导教师 姓 名 2010年 6 月 9 日摘要此题目系在学校立项，已验收实验室建设项目，电炉温度微机监控系统电气控制部分的设计要求，是完成控制硬件输入/输出通道、加热炉主回路、控制电路、保护电路、电源电路和显示电路等单元回路设计，主要实现的功能为：加热功能、定温功能、定时功能、温度检测功能、报警显示。该系统加热功率为1000W，温度控制功能，在上位计算机设定的时间和温度值，实现0300摄氏度调节。同时系统还具有超温报警功能，数码显示功能。该系统覆盖了多门理论知识。通过此次设计对微型计算机控制
2、技术、微机接口技术、电力电子技术和自动控制原理理论等专业知识的综合应用，提高了计算机文字处理和辅助设计能力、硬件设计能力、软件设计能力以及程序调试能力。关键词 PID控制；控制算法；参数整定Title Furnace temperature control system computer AbstractThe subject line in the school project, laboratory projects, computer monitoring system of electric furnace temperature control part of the design
3、is complete control of hardware input / output channels, furnace main circuit, control circuit, protection circuit, power circuit and display circuit unit circuit design, main features are: heating, constant temperature function, timing, temperature detection, alarm display. The system is a heating
4、power of 1000W, temperature control, the host computer to set the time and temperature, adjusted to achieve 0-300 degrees Celsius. System also has the over temperature alarm, digital display of the system covers more than theoretical knowledge portal. Through the design of micro-computer control tec
5、hnology, computer interface technology, power electronics technology and Automatic Control theory the integrated application of professional knowledge and improve word processing and computer aided design capabilities, hardware design capability, software design capabilities and program debugging ca
6、pabilities . Keywords：PID control; control algorithm; parameter tuning目 录1 概述1选题背景11.2 方案论证11.3 控制系统组成12 硬件环境及接口电路设计42.1 上位计算机戴尔Dimension 910042.2 串行口扩展42.3 下位计算机STD 5088 CPU工控机52.3.1 8088 CPU(V20)112.3.2 8253可编程定时器122.3.3 8259中断管理器132.3.4 8250异步通信适配器142.4 总线规范162.5 PCI总线电气规范182.6 A/D转换222.7 温度变送器31
7、2.8 全数字移相触发交流调压电路353 软件环境及程序设计383.1 Visual Basic程序设计语言383.2 Voice-pilot语音命令生成软件393.3 Turbo-C程序设计语言39上位计算机程序设计403.5 下位计算机程序设计424 控制算法及实验结论44PID控制算法444.2 预给定PID474.3 PID参数整定48致 谢51参考文献52附 录54附录 A：上位计算机程序清单54附录 B：下位计算机程序清单721 概述 现在工业的生产规模越来越大，过程越来越复杂，相应的自动化程度越来越高。常规的控制仪表和逻辑装置在处理随机控制、最优控制和多变量控制等方面能力极其有限
8、，这些问题只有采用计算机控制技术才能解决。现在的计算机技术突飞猛进的发展，已使计算机在工业领域中的应用相当普及。面对这种社会需求的教学任务，我院计算机控制系统实验室在近几年的建设中已初具规模。但现在开设的几门实验都是计算机应用的基础实验。还没有组成完整的计算机控制的系统实验。1.2 方案论证本题目计算机控制实验系统是我院计算机控制系统实验室的建设项目。在我的导师柳清蕴老师近一学期耐心指导下，我在电炉温控部分基本调试完毕。整个题目的方案确定及软硬件环境的选择，都是基本与教学紧密结合及充分利用我院实验室现有设备的基础上。在设计过程中，从硬件到软件每一处都为这套实验系统再开发提供了友善的接口，能很方
9、便地增加控制算法及控制单元，并将最终扩充成为一个集散控制系统等雏形。同时在这次设计中，把计算机应用的两个先进技术引入到工业控制领域。Windows软体平台应用；多媒体语音合成识别。1.3 控制系统组成计算机控制实验系统由一台上位计算机及多台下位计算机组成，如图（图1-1）上位计算机作为控制信息的集中管理，下位计算机作为控制算法的实现。下位计算机初步定为这样四个单元：电炉温度控制单元，流量、压力、液位控制单元，直流电机调速单元，交流电机调速单元。本次论文只讨论电炉温度控制单元。上位计算机为戴尔Dimension 9100。它丰富的系统资源配合Windows软体平台实现了功能强大的多任务管理系统，
10、并提供了优质的图形界面。戴尔Dimension 9100独有语音处理电路使这套系统具有了新的生命力。为了与多台下位计算机通讯（实验室大多计算机都只有RS-232串行口），上位计算机又扩充了一块RS-232串行口卡。通过串行口卡与每一台下位计算机通讯实现集中管理。下位计算机电炉温度控制单元采用STD总线工业控制计算机STD 5088/V20系统。被控对象是一台食品电烤炉。前向通过采用晶闸管全数字移相触发调压电路。直接控制电炉的电压来调节加热功率。后向通道采用WZP-320铂电阻作温度传感器，DBW-130温度变送器，ICL7109 12位A/D转换。电炉温度控制单元功能为：（1） 任意曲线温度给
11、定（2） 历史温度，控制电压曲线纪录（3） 实时控制参数整定（4） 控制算法：PID（5） 三种控制选择：暂停，手动控制，PID控制（6） 语音操作提示：语音命令温度指标：（已在PID算法调试达到）（1） 控温范围：0到300摄氏度（2） 稳态精度：（3） 过渡过程时间：11分钟（开环控制为56分钟）（4） 阶跃给定超调：5摄氏度（5） 爬坡给定超调：5摄氏度计算机控制实验系统框图如图（图1-1）所示：2 硬件环境及接口电路设计2.1 上位计算机戴尔Dimension 9100戴尔Dimension 9100配备了Intel最新的Pentium D820双核心64位处理器，此款处理器采用LGA
12、775接口，主频为2.8GHz，提供高达1MB的二级缓存，前端总线为800MHz，支持EM64T、Enhanced SpeedStep和Execute Disable Bit技术。再配合Intel 945P主板可充分的发挥该CPU的性能。不仅如此，DELL还为Dimension 9100配备了4条DDR2-667 512MB内存。光存储方面Dimension 9100配备了16X DVD-ROM和16X DVDRW，配合双核心CPU让您看DVD与刻录两不误。在软驱的应用已经很少，但做一些启动盘和引导盘时软盘还是最为方便的，在软驱下面DELL为用户提供了音频、麦克和两个USB前置接口，让大家在使
13、用时更加简便，Dimension 9100机器采用了英特尔主推的BTX设计，背板只有音频接口、网线接口和USB接口。与Microsoft Windows配合，实现功能强大的多任务系统。多媒体是当前计算机领域中一个热门的话题，在多媒体产品中，首先被选中的就是声音卡。声音卡是计算机用来采集合成音频信号的外设。其主要功能：（1）录制，编辑和回放数字音频文件；（2）控制声源的音量，并混合到一起，以便数字化；（3）在记录和回放数字音频文件时进行压缩和解压缩，以节省存储空间；（4）具有初步的语音识别功能，让用户用口令指挥计算机工作；（5）具有MIDI接口，计算机可以控制多台带MIDI接口的电子乐器。戴尔D
14、imension 9100的声音卡直接装在主机板上。他们采用雅马哈公司的OPL-2 OPL-3 FM合成电路。安装有话筒插口，线路输入插口，立体声输出插口，立体声扬声器插口。它能以8位和16位分辨率工作，以15kHz、32kHz、44.1kHz的采样频率对声音信号进行量化，已大大超过MPC标准。2.2 串行口扩展 EIA RS-232C 是由美国电子工业协会 EIA（Electronic Industry Association）在1969年颁布的一种串行物理接口标准。RS（Recommended Standard）是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS-232C 总线
15、标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。 在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。 RS-232C 标准规定的数据传输速率为每秒150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232C 标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。 串行通信接口标准经过使用和发展，目前已经有几种。但都是在RS-2
