基于单片机的电阻炉炉温控制系统的研究

论文编号:ZD1219论文字数:21952,页数:56 附外文翻译

摘 要

本文对工业对象中主要的被控参数电阻炉炉温进行研究，设计了硬件电路和软件程序。硬件电路采用了8031单片机对电阻炉的温度进行检测和控制，检测到的模拟信号经补偿放大器送入A/D转换成相应的数字量，经滤波，线性化处理，标度变换后，经LED显示炉温。选用8031单片机，软件程序采用两重中断嵌套方式，首先使T0定时器产生每秒一次的定时中断，作为本系统的采样周期。在其中断服务程序中启动A/D，读入采样数据，进行数字滤波，上下限报警处理，PID计算等，然后输出控制脉冲信号。脉冲的宽度则由T1计数器溢出中断决定。在等待T1中断时，将本次采样数值转换成对应的温度值放入显示缓冲区，然后调用显示子程序。从T1中断返回后，再从T0中断返回主程序并继续显示本次采样温度，等待下次T0中断。提出了一种PID控制的方法，即只调节KP一个参数，来实现PID控制。与常规PID三个参数调整相比，省时、高效，为实现简易的自整定控制带来方便。电阻炉炉温为一阶惯性纯滞后系统，通过MATLAB进行计算机仿真，调节KP的值，得到较为理想的阶跃响应曲线。

本设计系统具有结构先进合理、功能完善、控制精度高、抗干扰能力强、通用性好、使用方便等特点，具有很好的社会经济效益。

关键词: 电阻炉 PID调节 计算机仿真 温度控制

Abstract

In this paper, we study the temperature of resistor-furnace which is a main controlled Parameter in the industrial object，and hardware and software are designed. The microcontroller 8031 is used in hardware and dual interrupt nesting mode in software. Adopt 8031 single chip microcomputer in design to carry out detection and control for the temperature of resistance stove . A new PID control technique，only adjusting one Parameter KP for achieving PID control，is developed. Comparing with common PID adjusted by three Parameter， it’s high efficiency and convenient for simple auto-tuning control. The temperature of resistor-furnace is a one-order inertial Pure lagging system .By making computer simulation with MATL AB and adjusting KP，we obtain a satisfied step response curve.

The system have many advantages such as the structure is advance and reasonable, the function is perfects , the control precision is high , the ability of interference rejection is strong ,the versatility is good and so on .the social benefit of system is very good.

Key words: resistor-furnace PID adjuster computer simulation temperature control

目 录

第1章 绪 论1

1.1 引 言1

1.2 系统概述2

第2章 方案论证3

2.1 系统硬件方案论证3

2.1.1 单片机的选择3

2.1.2 显示器显示方式的选择3

2.1.3 A/D转换芯片的选择4

2.1.4 传感器的选择4

2.1.5 总体方案论证5

2.2 控制算法的选择5

第3章 系统硬件设计7

3.1 电阻炉炉温控制系统原理图7

3.2 温度检测电路的设计8

3.2.1 温度传感器8

3.2.2 AD5958

3.3 A/D转换芯片10

3.3.1 ADC0809 简介10

3.3.2 ADC0809与8031接口电路设计11

3.4 键盘/ 显示电路设计11

3.4.1 8155H接口芯片简介11

3.4.2 8155H接口芯片的扩展13

3.4.3 8155H实现键盘/显示接口电路的设计13

3.5 温度控制电路14

3.6 上下限报警电路设计16

3.7 电源电路设计16

第4章 系统软件设计18

4.1 控制规律18

4.2 程序设计18

4.2.1 主程序设计18

4.2.2 数字滤波子程序20

4.2.3 标度变换和漂移误差的自校准26

4.2.4 PID程序设计27

4.2.5 采样程序设计28

4.2.6 键盘显示程序设计29

第5章 抗干扰设计33

5.1 硬件系统抗干扰设计33

5.2 软件系统抗干扰设计34

第6章 计算机仿真36

6.1 仿真模型建立36

6.2 仿真结果37

第7章 结 论39

参考文献40

致 谢41

附录一 程序清单42

附录二 系统硬件图56