交通灯控制电路(at89s52,附程序毕业论文

衢州学院毕业设计（论文）题 目： 基于 AT89S52 的热处理控制器的设计 作 者： 分 院： 电气与信息工程学院 专业班级： 生产过程自动化 指导教师： 职 称： 2012 年 6 月 8 日基于AT89S52的热处理控制器的设电气与信息工程学院毕业设计说明书（论文）I摘要温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。成熟的温控产品主要以“点位”控制及常规的 PID控制器为主，它们只能适应一般温度系统控制，而用于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。随着我国经济的发展及加入 WTO，我国政府及企业对此都非常重视，对相关企业资源进行了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，开展创新性研究，使我国仪表工业得到了迅速的发展。本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。本系统使用 AT89S52 单片机，使温度控制大为简便。关键词: AT89S52；传感器；PID 调节；ADC0809AT89S52；Sensor； PID； ADC0809电气与信息工程学院毕业设计说明书（论文）II目 录第一章 概 述 .61.1 单片机作用 .61.2 温度控制系统作用与要求 .71.2.1 温度控制的作用 .71.2.2 温度控制的要求 .7第二章 系统原理及电路设计 .82.1 温度的检测 .82.1.1 传感器简介 .82.2 温度的测量电路 .92.3 MCS-51 单片机 .122.4 MCS-51 系列单片机引脚 .132.5 锁存器 74LS373 简介 .152.6 总线驱动器 74LS244 .152.7 单片机 I/O 口的扩展 .162.7.1、8155 接口电路 .162.7.2、 8255 接口电路 .172.7.3、LED 电路的设计 .172.8 A/D 转换器的选择及连接 .192.9 报警电路的设计 .202.10 复位电路 .202.10.1、复位操作原理 .202.10.2、复位电路 .212.11 看门狗电路的设计 .212.12 时钟电路 .222.12.1、时钟电路 .222.12.、时钟信号的产生 .222.13 电磁阀控制电路 .232.13.1 电磁阀的结构 .23调节阀的流量特性 .232.14 电源电路设计 .242.15、直流型固态继电器 .25第三章 数字 PID 调节器 .263.1 数字 PID 控制算法 .263.2 数字 PID 调节器参数的选择 .283.2.1、凑试法确定 PID 调节参数 .283.2.2、实验经验法确定 PID 调节参数 .293.2.3、采样周期的选择 .303.3 PID 调节器及被控过程的数学模型 .30第四章 系统软件设计 .32电气与信息工程学院毕业设计说明书（论文）III4.1 主要程序的框图和原 理图 .32总 结 .36致谢 .37参 考文献 .38附录 .391第一章 概 述1.1 单片机作用在工业生产过程中，温度是最基本的工艺参数之一，因此对温度实现自动控制是生产自动化的重要任务之。本系统以 AT89S52 单片机为核心构成一个智能炉温控制系统，具有对电炉温度的定时检测、实时控制和调节，参数显示和打印，存储必要的信息等功能。通过操作键盘，可在线修改给定值和控制参数，并进行手动、自动的切换。加热炉是将物料或工件加热的设备。按热源划分有燃料加热炉、电阻加热炉、感应加热炉、微波加热炉等。应用遍及石油、化工、冶金、机械、热处理、表面处理、建材、电子、材料、轻工、日化、制药等诸多行业领域。加热炉按炉温分布，炉膛沿长度方向可分为预热段、加热段和均热段。单片机的温度控制是数字控制系统的一个应用。本系统所使用的加热炉为燃料加热炉，加热炉温控范围 200650，热处理炉温升速率 100150/h ，加热炉恒温时间可调，且要能显示当前温度值。单片机温度控制系统是以 MCS-5l 单片机为控制核心，辅以采样反馈电路，驱动电路，晶闸管主电路对电炉炉温进行控制的微机控制系统。系统的原理框图如图 1-1 所示，其基本控制原理为: ：用键盘将温度的设定值送入单片机，启动运行后，通过信号采集电路将温度信号采集到后，送到 A/D 转换电路将信号转换成数字量送入单片机系统进行 PID 控制运算，将控制量输出，控制煤气的浓度，把数据反馈给单片机。图 1-1 原理框图给定值AT89S52 控制电路驱动电路主电路 被控对象煤气浓度气体浓度传感器21.2 温度控制系统作用与要求1.2.1 温度控制的作用随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速，一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。温度是工业对象中的一个重要的被控参数。然而所采用的测温元件和测量方法也不相同；产品的工艺不同，控制温度的精度也不相同。因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。传统的控制方式以不能满足高精度，高速度的控制要求，如温度控制表温度接触器，其主要缺点是温度波动范围大，由于他主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的目的，受仪表本身误差和交流接触器的寿命限制，通断频率很低。近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式，如：PID 控制，模糊控制，神经网络及遗传算法控制等。这些控制技术大大的提高了控制精度，不但使控制变得简便，而且使产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生产效率。1.2.2 温度控制的要求在工业生产中，对温度控制系统的要求，主要是保证炉温按规定的温度工艺曲线变超调小或者无超调，稳定性好，不振荡，对系统的快速性要求不高。温度工艺曲线随产品不同而不同，如图 12 的工作曲线由三部分组成：（1）等数升（降）温度。这一工艺过程要求加热炉在规定时间内等速从某个温度值变化到另一温度值。这时，微机不仅要检测炉温，还要对加热炉进行升（降）温控制。（2）恒温段（亦称保温段） 。这一工艺过程是温度控制的主要工艺过程，它要求控制系统保证炉温在各种干扰下能稳定在允许范围内。 温度（ C） Tt3升 温 斜 率 降 温 斜 率恒 温图 1-2 热处理温度曲线3第二章 系统原理及电路设计本次毕业设计其工作原理为：热处理器上有 8 个温度传感器和 14 个控制阀，温度传感器与控制阀是一一对应的对关，一个测温点对应一个控制阀。来至热处理器的温度经温度传感器将现场信号传化为电信号，再经放大器将信号放大，经多路开关选择通过，经 A/D 转换器转化为数字量并送入单片机进行控制处理，单片机的控制信号由 P0 输出并由 8155 扩展，使其能满足 14 路输出的控制要求，驱动电磁阀开关，实现温度的控制。2.1 温度的检测温度检测是温度控制系统的一个重要的环节，直接关系到系统性能。在微机温度控制系统中，温度的检测不仅要完成温度到模拟电压量的转换，还要将电压转换为数值量送计算机。其一般结构如图 21 所示。图 21 温度数字检测的一般结构温度传感器将各测温点的温度变换为模拟电压，其值一般为 mV 级，需要放大为满足模/数转换要求的电压值。微机通过控制多路开关选择某一路电压送到模/数转换器进行模/数转换，得到表示温度的电压数字量，再用软件进行标度变换与误差补偿，得到测温点的实际温度值。2.1.1 传感器简介温度传感器种类繁多，但在微机温度控制系统中使用得传感器，必须是能够将非电量变换成电量得传感器，目前常用得有热电偶传感器、热电阻传感器和半导体集成温度传感器。热电偶传感器是工业温度测量中应用最广泛得一种传感器，具有精确度高、测量范围广、构造简单、使用方便等优点。热电偶是由两种不同材料得导体 A4和 B 连接在一起构成得感温元件，如图 22 所示。A 和 B 得两个接点 1 和 2之间穿在温度差时，回路中便产生电动势，形成一定大小得电流，这种现象称为热电效应，也叫温差效应。热电偶就是利用这个原理测量 温度的。热电偶的测温范围很宽,一般为501600，最低可达200，最高达2800（短时间内）：在良好的测量电路配合下，它可以实现搞精度测量，因此在工业生产过程得到很广泛的应用。日本工业界根据热电偶电极线径和对应的温度范围将热电偶分为 7 类，即K、E、J、T、B、R、S 几种工业标准。测温范围一般由热电偶的线径决定，线径越粗所能测量的温度越高。根据本次毕业设计的实际测量温度的情况，我们选择热电偶作为本次设计的温度测量设备。2.2 温度的测量电路由于热电偶所输出的热电动势一般很小。每度只有几十微伏，这个热电动势在整个要测的范围内一般是非线性的。热电动势是热电偶工作端（热端）相对自由端（冷端）而产生的，因此用热电偶测量温度，选择或设计相应的测量电路必须要考虑三件事：采用什么样的放大电路？一、热电偶放大电路为便于输入通道 AI 中 A/D 转换所需电平，要对模拟传感器输出的弱信号加以放大，并把信号中的干扰噪声抑制在最低限度，因而须用低噪声、低漂移、高增益、高输入阻抗以及具有很高共模抑制比的直流放大器。这类的放大器常用的有测量放大器、可编程序放大器和隔离放大器。通过比较和讨论，在这本的设计中我们采用了测量放大器，下面介绍一下测量放大器。1、测量放大器的特点运算放大器对微弱信号的放大，仅适用于信号回路不受干扰的情况，然而，传感器的工作环境往往比较恶劣；两个输出端上经常产生较大的干扰信号，有时是完全相同的，完全相同的干扰信号称为共模干扰，虽然运算放大器对直接输入到差动端的共模信号有较强的抑止能力，但对简单的反相输入或同相输入接法，由于电路结构的不对称，抵御共模干扰的能力很差，故不能用在精密测量场合，因此，需要引入另一种形式的放大器，即测量放大器，又称仪用放大器、数据放大器，他广泛用于传感器的信号放大，特别是微弱信号及具有较大共模干扰的场合。测量放大器除了对低电平信号进行线性放大外，还担负着阻抗匹配和抗共模干扰的任务，他具有高共模抑止比、高速度、高精度、宽频带、高稳定性、高输入阻抗、低输出阻抗、低噪声等特点。2、测量放大器的组成5测量放大器的基本电路如图 2-3 所示。2-3 测量放大器的原理图测量放大器的放大倍数用下面公式计算GI RUG1230式中， 为用于调节放大倍数的外接电阻，通常 采用多圈电位器，并GRGR靠近组件，若距离较远，应将联线胶合在一起，改变 可使放大倍数在11000 范围内调节。3、实用测量放大器目前，国内外已有不少厂家生产了许多型号的单片机测量放大器芯片。供用户选择，美国公司提供的有 AD521、AD522、AD612、AD605 等。国