1、电子设计毕业设计温度控制系统设计论文资料zhuti摘要：本设计采用直接数字控制（DDC）对加热炉进行控制，使其温度稳定在在某一个值上。并且具有键盘输入温度给定值，LED数码管显示温度值和温度达到极限时提醒操作人员注意的功能。一概述温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等；控制方案有直接数字控制（DDC），推断控制，预测控制，模
2、糊控制（Fuzzy），专家控制(Expert Control)，鲁棒控制（Robust Control），推理控制等。本设计的控制对象为一电加热炉，输入为加在电阻丝两断的电压，输出为电加热炉内的温度。输入和输出的传递函数为：G(s)=2/(s(s+1)。控温范围为100500，所采用的控制方案为直接数字控制（DDC）中的最少拍控制。二温度控制系统的组成框图采用典型的反馈式温度控制系统，组成部分见下图。其中数字控制器的功能由微型机算机实现。三温度控制系统结构图及总述图中由420mA变送器，I/V，A/D转换器构成输入通道，用于采集炉内的温度信号。其中，变送器选用XTR101，它将热电偶信号（温度
3、信号）变为420mA电流输出，再由高精密电流/电压变换器RCV420将420mA电流信号变为05V标准电压信号，以供A/D转换用。转换后的数字量与与炉温的给定值数字化后进行比较，即可得到实际炉温和给定炉温的偏差。炉温的设定值由键盘输入。由微型计算机构成的数字控制器按最小拍进行运算，计算出所需要的控制量。数字控制器的输出经标度变换后送给8253，由8253定时计数器转变为高低电平的不同持续时间，送至SCR触发电路，触发晶闸管并改变其导通角大小，从而控制电加热炉的加热电压，起到调温的作用。四温度控制系统硬件与其详细功能介绍1微型计算机的选择选择8086微处理器构成炉温控制系统，使其工作于最小方式下
4、。并配备以8284A时钟发生器，8282带三态缓冲器的通用8位地址锁存器，8286具有三态输出的8位双极型总线收发器。其中，时钟发生器8284A为CPU提供时钟信号，经时钟同步的系统复位信号RESET和准备就绪信号READY；地址锁存器8282是针对于8086CPU地址/数据线分时复用而设计配备的，它可以在8086CPU总线周期的T1状态，利用ALE信号的下降沿将地址信息锁存于其中；总线收发器8286是为了提高8086CPU数据总线的驱动能力2SCR触发回路和主回路如图所示为一晶闸管触发电路。包括脉冲触发器（单稳态电路，由IC1和IC2组成），控制门，光电耦合器4N25，放大器和双向晶闸管。由
5、全波整流电路得到的同步电压使晶体管BG1每半波导通一次。当控制端为“1”高电平的时候，BG1的每次导通都会经由单稳电路由IC2输出一个负脉冲，该脉冲经IC3反向后由光电耦合器和放大电路发大后触发晶闸管，在这一半周内晶闸管基本上处于全导通状态。若控制端为“0”低电平的时候，则单稳态电路不输出脉冲，在这一半周内晶闸管也不导通。因此，可以改变控制端的电平，控制单稳态电路每秒输出的脉冲数，从而改变晶闸管每秒钟内导通的时间，达到调压的目的。与以下的电路相比较第一个电路的优点在于晶闸管导通时基本处于全导通状态，因此波形较好，包含的谐波成分较少，因此对系统的干扰也较小。而第二个电路的缺点是加热电阻两端电压波
6、形很差，包含了较多的谐波成分，当晶闸关导通角较小时由为如此，这些些波电压可能会对周围系统产生影响。3热电偶的选择热电偶是常用的测温元件，它利用不同材料的导体一端紧密连接在一起产生的热电势效应将温度信号转换为电势信号。本设计采用K型热电偶镍络-镍硅(线性度较好,热电势较大，灵敏度较高，稳定性和复现性较好，抗氧化性强，价格便宜)对温度进行检测，参比端温度为20。由以下公式可以计算出K型热电偶分别在100，200，300，400，500时候的输出电势：E(100,20)=E(100,0)-E(20,0)=4.096mV-0.798 mV=3.298 mVE(200,20)=E(200,0)-E(20
7、,0)=8.138mV-0.798 mV=7.34 mVE(300,20)=E(300,0)-E(20,0)=12.209mV-0.798 mV=11.411 mVE(400,20)=E(400,0)-E(20,0)=16.397mV-0.798 mV=15.599 mVE(500,20)=E(500,0)-E(20,0)=20.644mV-0.798 mV=19.846 mV 4420mA变送器XTR101XTR101为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+85的工作温度内，传送电流的总误差不超过1%，供电电源可以
8、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。（芯片内部结构与封装见附录）XTR101有如下两种应用于转换温度信号的典型电路：5I/V转换器RCV420RCV420是一种精密电流/电压变换器，它能将420mA的环路电流变为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-25+85和070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518V。RCV420的外形采用标准的16脚DIP封装。（芯片内部结构与封装见附录）它的
9、典型应用如下：6 .A/D转换器ADC0809ADC0809是美国国家半导体公司的CMOS型8位28条引脚A/D转换器。采用逐次逼近技术，输出的数字信号由TTL三态缓冲器顺序控制，可以直接与数据总线相连。分辨率为8位，精度为7位，时钟频率范围在101280kHz之间，单一+5V电源供电，数据具有三态输出能力，易于和微处理器相连。（芯片内部结构与封装见附录）ADC0809的典型应用如下：7.定时计数器82538253是Intel公司的使用单一+5V电源供电，NMOS工艺制成的24条引脚的双列直插式芯片。具有3个独立的计数器，每一个都可以单独作为定时器或者计数器使用，且都可以按照二进制或者十进制计
10、数，每个计数器计数速率高达2MHz，最高的技术速率可达2.6MHz。所有的输入输出引脚都与TTL电平兼容。（芯片内部结构与封装见附录）8253典型应用如下图所示：*数码管驱动芯片ICM7218AICM7218是一种多功能LED数码管驱动芯片，能驱动8位共阳或者共阴数码管，且输出可以直接驱动LED显示器。其内部主要由控制器，8*8静态RAM，BCS译码，B码和显示字段译码器，扫描振荡控制电路和显示驱动器等组成。ICM7218的外引线有写入控制线2条：WR和MODE；数据线8条：ID0ID7;LED显示驱动线16条；电源线2条。WR为写选通信号，低电平有效。MODE为写入控制字的写入显示数据控制线
11、，当MODE=1时，写控制字；当MODE=0是，写数据。（芯片内部结构与封装见附录）典型应用如下图所示：9.可编程并行I/O接口芯片82C55A82C55A是Intel公司的并行I/O接口芯片，40条引脚，双列直插式封装。D0D7位三态，双向数据线，可与CPU总线直接相连。内部由3个端口A，B，C。三个端口都具有8位数据输出锁存器，只有A端口具有输入所锁存器。（芯片内部结构与封装见附录）典型应用如下图所示：10.硬件地址分配列表A7A6A5A4A3A2A1A082C55AA口0001000010HB口0001001012HC口0001010014H控制口0001011016H8253计数器00
12、000100004H控制口000011100EHADC0809START0000011006HOE000111101EHICM7218控制口0010000020H写数据0000000000H五温度控制系统软件设计1温度控制系统软件结构图上图所示的是单回路闭环温度控制系统，虚线框内的某些功能有计算机来完成。2总体流程图 Y N 3模块程序流程图i.数字滤波（采用程序判断滤波的限速滤波） N Y Y N注：C1，C2，C3分别为第一次采样，第二次采样， 第三次采样值ii.工程量变换程序模块变送器XTR101输出420mADC，温度起点为100，满量程为500。8位A/DADC0809输出数字量00
13、HFFH（05V），应用以下变换公式进行变换：AX=A0+（AM-A0）（NX-N0）/（NM-N0）式中，A0为一次测量仪表的下限AM为一次测量仪表的上限AX实际测量值N0仪表下限对应的数字量NM仪表上限对应的数字量NX测量值对应的数字量流程图如下：iii.温度非线性转换程序模块采用折线拟合法进行线性化处理如下图所示，分为以下几段：当3.298mVWN7.34mV时，T=24.47*WN+18.41当7.34mVWN11.411mV时，T=24.56*WN+19.70当11.411mVWN15.599mV时，T=23.88*WN+27.53当15.599mVWN19.846mV时，T=23.
14、55*WN+32.71当19.846mVWN时，T=500分段如下图所示：流程图如下所示： YN YN YN YN4源程序STACK SEGMENT STACK DW 256 DUP(?)STACK ENDSDATA SEGMENT SAVEBUFF DB 256 DUP(00H)TK DB 64HK0 DB 00H,54H,35HK1 DB 01H,20H,00HK2 DB 00H,00H,00HK3 DB 00H,00H,00HP1 DB 00H,71H,70HP2 DB 00H,00H,00HP3 DB 00H,00H,00HSAVEMARK DB 00HSAVEADDR DB 0FFH
15、CONTROLMARK DB 00HEKB DB 00HK0_16 DB 00H,00H,00HK1_16 DB 00H,00H,00HK2_16 DB 00H,00H,00HK3_16 DB 00H,00H,00HP1_16 DB 00H,00H,00HP2_16 DB 00H,00H,00HP3_16 DB 00H,00H,00HEK DW 0000HEKK DW 0000HEK_1 DW 0000HEK_2 DW 0000HUK DW 0000HUKK DW 0000HUK_1 DW 0000HUK_2 DW 0000HOUTPUT DW 0000HALLK_ALLP DW 0000HS
16、ET DB ? ;温度设定值NX DB ？ ；滤波后A/D转换值 WN DB ? ；工程量变换结果SUM DB C1,C2,C3 ；A/D三次采样值TEM DB ? ；显示温度8255PORT DW 0010H,0012H,0014H,0016H ；8255地址8253PORT DW 0004H,000EH ；8253地址0809PORT DW 0006H,001EH ；0809地址7218PORT DW 0020H,0000H ；7218地址DISPLAY DW ? ；显示温度二进制值DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATASTART: MOV
17、 AX,DATA ；初始化数据段各芯片 MOV DS,AX MOV BX,OFFSET 8255PORT MOV DX,BX+3 MOV AL,81H ；方式0，C口底四出，其余入 OUT DX,AL MOV BX,OFFSET 8253PORT MOV DX,BX+1 MOV AL,00H OUT DX,AL ；计数器0工作于方式0，二进制计数 MOV BX,OFFSET 7218PORT MOV DX,BX MOV AL,A0H OUT DX，AL ；十进制软件译码KEYS: CALL KEYCHECK ；键盘扫描程序 JZ KEYS CALL D10MS CALL KEYCHECK JZ
18、 KEYS MOV AL,0FEH MOV AH,0 MOV DX,BX+2 OUT DX,AL MOV DX,BX IN AL,DX CMP AL,1EH JZ KEY1 CMP AL,1DH JZ KEY2 CMP AL,1BH JZ KEY3 CMP AL,17H JZ KEY4 CMP AL,0FH JZ KEY5 JMP KEYSKEY1: MOV AH,00H JMP TRANSKEY2: MOV AH,44H JMP TRANSKEY3: MOV AH,88H JMP TRANSKEY4: MOV AH,CCH JMP TRANSKEY5: MOV AH,FFH JMP TRAN
19、STRANS: MOV SET,AH ；读设定值到SET单元ADCH: MOV BX,OFFSET 0809PORT ；启动A/D转换 MOV DX,BX OUT DX,AL MOV X,BX+1CHANGE: IN AL,DX TEST AL,80H JZ CHANGE MOV DX,BX IN AL,DX MOV AH,00H MOV CX,0003H MOV BX+AH,AL INC AH LOOP ADCHFILTER: LEA SI,SUM ；数字滤波（限速滤波） MOV AL,SI+2 SUB AL,SI JNC DONE1 NEG ALDONE1: MOV DL,AL MOV B
20、L,SI+3 SUB BL,SI+2 JNC DONE2 NEG BLDONE2: ADD AL,BL SHR AL,1 CMP DL,AL MOV CL,SI+2 JBE DONE CMP BL,AL MOV CL,SI+3 JBE DONE MOV AL,SI+2 ADD AL,SI+3 SHR AL,1 MOV SI+3,AL MOV CL,ALDONE: MOV DL,SI+2 MOV SI,DL MOV DL,SI+3 MOV SI+2,DL MOV NX,CL CMP NX，0FFH JE CAUTION ；判断是否该提醒操作人员？ MOV BX，OFFSET 8255PORT ；
21、无提醒，则点亮绿灯 MOV DX，BX+1 MOV AL，01H OUT DX，AL CALL CONFIG ；调数字控制器子程序 CALL BIAODU ；调标度变换子程序 CALL GCBH ；调工程量变换子程序 CALL TEMBC ；调温度非线性补偿子程序 MOV BX，OFFSET PORT7218 ；温度显示程序 MOV R1，DISPLAY ；R1指向显示缓冲区 MOV R2 08H ；R2作8位显示计数器C-LOOP： MOV AL，00H ；将8位显示缓冲区中的数据送ICM7218A MOV DX，BX+1 OUT DX，AL INC R1 DJNZ R2，C-LOOP BI
22、AODU PROC NEAR ；标度变换子程序 RET BIAODU ENDPGCBH PROC NEAR ；工程量变换子程序 RET GCBH ENDPTEMBC PROC NEAR ；温度非线性补偿子程序 RET TEMBC ENDPCONFIG PROC NEAR ；数字控制器子程序PUSH DS XOR AX,AX MOV DS,AX MOV AX,2000H+OFFSET IRQ7 MOV SI,003CH MOV SI,AX MOV AX,2000H+OFFSET IRQ6 MOV SI,0038H MOV SI,AX MOV AX,0000H MOV SI,003EH MOV S
23、I,AX MOV SI,003AH MOV SI,AX CLI POP DS MOV AL,90H OUT 63H,AL MOV AL,0A4H OUT 43H,AL MOV AL,2EH OUT 42H,AL IN AL,21H AND AL,3FH OUT 21H,AL MOV SI,OFFSET P3+2 MOV BH,07H MOV DI,OFFSET P3_16+2 CALL CHANGE CALL CLEAR_E MOV AL,80H OUT 00H,AL MOV BL,01H MOV SAVEMARK,00H MOV SAVEADDR,0FFH AGAIN: STI HLT JM
24、P AGAINIRQ6: MOV AL,80H OUT 00H,AL MOV AL,10H OUT 61H,AL MOV CONTROLMARK,AL MOV SAVEMARK,AL CALL CLEAR_E MOV BL,01H MOV AL,20H OUT 20H,AL IRETIRQ7: MOV AL,01H MOV CONTROLMARK,AL DEC BL JNZ FINISH CALL CY MOV EK,DX MOV AX,DX MOV DI,OFFSET K0_16 INC DI MOV DX,DI CALL ML MOV AX,ALLK_ALLP ADD DX,AX CALL
25、 OUT_PUT MOV DX,OUTPUT MOV UK,DX MOV SI,OFFSET UK_1 MOV DI,OFFSET UK_2 MOV BL,07H L1: MOV AX,SI MOV DI,AX DEC SI DEC SI DEC DI DEC DI DEC BL JNZ L1 MOV AX,0000H MOV ALLK_ALLP,AX MOV SI,OFFSET K1_16 MOV DI,OFFSET EKK MOV CX,0003H CALL L2 MOV SI,OFFSET P1_16 MOV DI,OFFSET UKK MOV CX,0103H CALL L2 MOV
26、BL,TK FINISH: MOV AL,20H OUT 20H,AL IRETL2: INC SI MOV DX,SI MOV AX,DI CALL ML DEC SI TEST BYTE PTRSI,01H JNZ QBLL: INC SI INC SI INC SI INC DI INC DI MOV AX,ALLK_ALLP CMP CH,00H JNZ L3 ADD DX,AX L4: MOV ALLK_ALLP,DX DEC CL JNZ L2 RETL3: XCHG DX,AX SUB DX,AX JMP L4QB: NEG DX JMP LLML: CMP DX,7FFFH J
27、A ML1 IMUL DX RETML1: PUSH BX PUSH CX PUSH AX SUB DX,7FFFH IMUL DX MOV BX,DX MOV CX,AX POP AX MOV DX,7FFFH IMUL DX ADD AX,CX ADC DX,BX POP CX POP BX RETCY: IN AL,60H SUB AL,80H MOV EKB,AL CALL SAVEEK MOV DX,0000H MOV DH,AL MOV CL,03H SAR DX,CL RETSAVEEK: MOV AH,AL MOV DX,OFFSET SAVEBUFF MOV AL,CONTROLMARK CMP AL,00H JZ L5 MOV AL,SAVEMARK CMP AL,01H JZ L5 MOV AL,SAVEADDR CMP AL,0FEH JZ L6 INC AL MOV DL,AL MOV SAVEADDR,AL PUSH DI MOV DI,
