工业加热炉温度控制系统设计

#为使测量前输出V=0,即使电桥平衡，应满足RR=RR条件。在满足式(2—1)的条件O1324下,当电桥各臂电阻变化远小于本身值(AR«R)，桥的负载电阻无限大时2,输出电压ii可近似用下式表示：RRARARARARRARARARAR■3(R+R)2)V—2)如果将传感器电阻接入一臂,见图2-8(b),并且测量前令R=如果将传感器电阻接入一臂,见图2-8(b),并且测量前令R=R,R二R则:ARARAR(2-3)在测量过程中,都不变化,在测量过程中,都不变化,即AR=AR=AR,因此4R(2-44R(2-4)a)桥式测量电路b)a)桥式测量电路b)传感器测量电路aa)Measurecircuitlikeabridge(b)Measurecircuitofhotsensitiveresistancesensor图2—8测量电路Fig.2-8Measurecircuit传感器是将感受的物理量、化学量等信息,按一定规律转换成便于测量和传输的信号

装置。电信号易于传输和处理,所以大多数的传感器是将物理量等信息是转换成电信号输出的[11].传感器主要用于测量和控制系统,它的性能好坏直接影响系统的性能。在自动测量过程或控制系统中，首先由传感器接受被测量，而后把它转换成电信号，供显示仪表指示或用来控制执行机构.如果传感器不能灵敏地接受被测量，或者不能把被测量精确地转换成电信号,其他仪表和装置的精确度再高也无意义.计算机应用于测量系统和控制系统时，也必须由传感器提供准确可靠的信息，如果传感器的水平与计算机的水平不相适应，计算机便不能充分发挥应有的作用和效益。因此，传感器是测量、控制系统中的一种关键装置.传感器的种类很多,分类的方法也不同，常用的分类法有两种。一种是按照传感器的用途区分,如位移传感器、力传感器、荷重传感器、速度传感器、振动传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器和密度传感器等。另一种分类法是按传感器的工作原理区分如电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、电涡流式传感器、磁电式传感器、压电式传感器、光电式传感器、磁弹性式传感器振频式传感器和电化学式传感器等。本设计系统的模拟量输入信号为工业加热炉的温度信号，而其工艺过程的温度在800°C左右，因此，根据上面介绍的电桥平衡原理，本系统的设计选用集成温度传感器AD590,其测温范围为+300C〜+1000C。要求工作电源为直流+4V—+30V，它能把温度信号变为与绝对温度成比例的电信号，比例因子为1UFK.其稳定性高、线性度好、测温误差有正负1、0。5和0.3几种等级.根据本设计GO工艺特点，放大器采用稳高精运算放大OP07。AD590本身产生的是电流信号，通过运算放大器OP07对电流作加法运算，在运放输出端得到合适的电压信号，作为A/D转换器的输入，电阻R1、R2、和电位器RP1、RP2的选择原则是使运放输出电压被测有一个合适的对应关系。本例还使用了光传感器和烟雾传感器,用来对火盗警的检测。放大器采用OPA404,OPA404是高性能介质隔离场效应输入运算单片机运算放大器。带宽为6.4MHZ,高转换速率为35V，低失调电压最大为正负750UV,低偏置电流最在为正负4PA。输出通道设计包括开关量和模拟量输出通道的设计。开关量要考虑功率和控制方式（继电器、可控硅、三极管等）。模拟量输出要考虑D/A转换器的选择（转换精度、转换速度、结构、功耗等），输出信号的形式（电流还是电压）、隔离方式、扩展接口等输出通道是单片机控制系统与执行机构（或控制设备）连接的纽带和桥梁.设计时要根据被控对象的通道数据及执行机构的类型进行选择。对于那些可直接接受数字量的执行机构，可由单片机直接输出数字量。对于那些需要接收模拟量的执行机构，则需要用D/A转化，即把数字量变成模拟量后，再带动执行机构。在微型计算机应用中，输入装置通过I/O接口电路把程序、数据或现场采集到的各种信息输入计算机，计算机的处理结果和控制信息要通过I/O接口电路传送到输出装置，以便显示、打印,最后实现各种控制.本例的输出通道为3条，是经过光电耦合后再通过晶闸管驱动喷洒水设备；最后达到控制温度的作用[12].信号变送电路是系统温度检测电路和CPU之间的通信通道，其功能完成数据的传送和转换的作用，是温度控制系统不可缺少的组成部分，通常的设计都选用ADC0809和DAC0830转换芯片，ADC0809芯片将来自温度检测电路的模拟信号转化成数字信号，将数字信号再送往CPU中，进行数据处理;DAC0832芯片是将来自CPU的数字信号命令转换成模拟信号来控制设备.信号变送电路的传输速度和精度是设计此部分的重要指标，对系统的功能设计有着重大的影响。在数字电子技术的很多应用场合往往需要把模拟量转换为数字量，称为模/数转换器（A/D转换器，简称ADC）；或把数字量转换成模拟量，称为数/模转换器（DA转换器,简称DAC）•完成以上转换的电路有多种，特别是单片大规模集成A/DD/A转换器问世，为实现上述的转换提供了极大的方便.使用者可借助于手册提供的器件性能指标及典型应用电路，即可正确使用这些器件。在单片机检测系统中，许多被测量的信号往往是模拟量，它们经过预处理（放大、VI转换等）之后，在进入计算机之前必须经过AD转换变成数字量。AD转换接口是模拟通道中的主要环节。AD转换接口的主要内容是合理选择AD转换器件，以实现与单片机的正确连接以及转换程序。此次设计将采用大规模集成电路ADC0809实现A/D转换后，与单片机进行连接;再用DAC0832实现D/A转换，驱动喷洒水设备达到温度控制的目的。1）A/D转换电路ADC0809与8051单片机的硬件接口有3种形式，分别是查询方式、中断方式和延时等待方式，本设计选用中断接口方式。查询方式：A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端.因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确知转换是否完成，并接着进行数据传送。中断方式：把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。定时传送方式：ADC0809转换时间为128ps,相当于6MHz的MCS—51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序.延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器、CMOS工艺.由寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成.因此，ADC0809可处理8路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。其内部结构如图2-9：图2-9ADC0809的变换内部结构Fig2-9ADC0809transformationinternalstructure外部特性ADC0809芯片为28引脚双列直插式封装，其引脚排列见图2—10.所示N3匚12E二Id21虹227—I,NgL32E—Nnn6匚丄25二ADDAu75川—WESTART匚6AD3二ADDCE32匚72Z二ME叫匚821二DnOE匚92Z二O'LL-<I：l=—乃Vc:L11IE—Dj'/Hbl-:-匚二I：\7二GN：匚IEIE二*EF%匚MIz二D5图2—10ADC0809引脚图Fig。2—10PinschartofADC0809IN7〜IN0：模拟量输入通道。ADC0809对输入模拟量的要求主要有：信号单极性，电压范围0〜5V,若信号过小还需进行放大。另外，在A/D转换过程中，模拟量输入的值不应变化太快；因此，对变化速度快的模拟量，在输入前应增加采样保持电路A、B、C：地址线。A为低位地址,C为高位地址，用于对模拟通道进行选择.图2-10中为ADDA、ADDB和ADDC。ALE:地址锁存允许信号。在对应ALE上跳沿,A、B、C地址状态送入地址锁存器中.START:转换启动信号。START上跳沿时，所有内部寄存器清0；START下跳沿时，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平.D7〜D0:数据输出线。其为三态缓冲输出形式,可以和单片机的数据线直接相连.OE:输出允许信号.其用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据.OE=0,输出数据线呈高电阻；OE=1,输出转换得到的数据。CLK:时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚•通常使用频率为500kHz的时钟信号。EOC：转换结束状态信号。EOC=0，正在进行转换；EOC=1，转换结束。该状态信号既可作为查询的状态标志，又可以作为中断请求信号使用.Vcc：+5V电源。Vref:参考电源•参考电压用来与输入的模拟信号进行比较,作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V(Vref(+)=+5V，Vref(—)=0V)。由于ADC0809无片内时钟，时钟信号可由单片机的ALE信号经D触发器二分频后获得。ALE引脚得脉冲频率是8051时钟频率的1/6.该题目中单片机时钟频率采用6MHz，则ALE输出的频率是1MHz，二分频后为500Hz，符合ADC0809对频率的要求。由于ADC0809内部设有地址锁存器，所以通道地址由P0口的低3位直接与ADC0809的A、B、C相连.通道基本地址为0000H〜0007H.控制信号：将P2。7作为片选信号，在启动A/D转换时，由单片机的写信号和P2.7控制ADC的地址锁存和启动转换。由于ALE和START连在一起，因此ADC0809在锁存通道地址的同时也启动转换。在读取转换结果时，用单片机的读信号RT和P2.7引脚经或非门后，产生正脉冲作为OE信号，用一打开三态输出锁存器。其接口电路如图2-11所示。Fig.2-11theconnectADC0809withMCS-51当8051通过对0000H〜0007H（基本地址）中的某个口地址进行一次写操作时，即可启动相应通道的A／D转换；当转换结束后，ADC0809的EOC端向8051发出中断申请信号；8051通过对0000H〜0007H中的某个口地址进行一次读操作，即可得到转换结果。2）D/A转换电路DAC0832是一个8位D/A转换器。单电源供电，从+5V〜+15V均可正常工作。基准电压的范围为±10V,电流建立时间为1“SCMOS工艺、低功耗20mW。3)DAC0832与8051单片机的接口电路如下：Fig2－12DAC0832and8051connectionselectriccircuits上图为两个输入寄存器同时受控的连接方法，WR1和WR2一起接8051的WR,CS和XFER共同连接在P2.7,因此两个寄存器的地址相同.DAC0832转换器芯片为20引脚，双列直插式封装，其引脚排列如图所示。DAC0832内部结构框图如图所示[12][13].DI0DI7ILE输入

寄存器8位DAC寄存器LE1LE28DI0DI7ILE输入

寄存器8位DAC寄存器LE1LE28位D/A

转换器VrefIout2Iout1RfbVCCDGNDVCCDGNDCS—WRT——°WR2——°XFER图2－13DAC0832内部结构框图Fig2-13DAC0832internalstructurediagramDAC0832是一种典型的的8位、电流输出型、通用DAC芯片。由其内部结构图可知DAC0832可以方便地与微处理机接口。由三个与门电路组成寄存器输出控制逻辑电路,该逻辑电路的功能是进行数据锁存控制，当LE=0时，输入数据被锁存；当LE=1时，锁存器的输出跟随输入的数据。DAC0832形成以下3种工作方式：直通方式:LE1和LE2一直为高，数据可以直接进入D/A转换器。单缓冲方式：LE1或LE2一直为高，只控制其中一级寄存器。双缓冲方式:不让LE1和LE2一直为高，控制两级寄存器。控制LE1从高变低，将从D10〜D17进入的数据存入输入寄存器•控制LE2从高变低，将输入寄存器的数据存入DAC寄存器，同时开始D/A转换。双缓冲工作方式能做到对某个数据进入D/A转换的同时，输入下一个数据，还适用于要求多个模拟量同时输出的场合。在ILE为高电平下，通过CS和WR1将数据写入到8位输入寄存器;通过XFER和WR2将数据写入到8位DAC寄存器,同时进行D/A转换。DAC0832的模拟输出I、I、R，此外，还有电源和地信号引脚.out1out2fdI:模拟电流输出1，它是逻辑电平为1的各位输出电流之和。当输入数字为全“1”out1时，其值最大，为(255/256)；当输入数字为全为“0”时，其值最小，为0.I：模拟电流输出2，它是逻辑电平为0的各位输出电流之和。I+I=常量。out2out1out2R：反馈电阻引出端.反馈电阻被集成在芯片内，用作外接运算放大器的反馈电阻，为fbD/A转换器提供电压输出，该电阻与内部R—2R电阻网络相匹配.Vref：基准电压，其电压可正可负，范围-10V〜+10V。Vcc:电源电压，为+5V〜+15V。DGND:数字地，芯片数字电路接地点。AGND:模拟地，芯片模拟电路接地点.由梯形电阻网络组成的D/A转换电路，其转换结果是与输入数字量成正比的电流，这称为电流输出型DAC。许多DAC芯片属于这种形式。在实际应用中,为了增强驱动能力，还需经运算放大器放大并变换为电压输出。对电流输出型DAC外加运算放大器就可实现电压输出.有些DAC芯片中已经集成了运算放大器，它们属于电压输出型DAC.通常D/A转换器输出电压范围有0〜土5V或0~土10V、-5V〜+5V或一10V〜+10V等几种。本次设计采用DAC0832单极性电压输出，其连接示意图如图2—14.因为内部反馈电阻R的阻值等于电阻网络的R值，故电压输出为：fb

V=—IR=—(V/R)(D/28)R=—(D/28)V(2-5)outout1fdreffdrefVref9来自8051R来自8051Rfb>DAC0832Iout1VOUT1Iout2J//J图2—14DAC0832单级性电压输出的连接示意图Fig.2-14DAC0832singlevoltageoutputoftheconnectiondiagram在此次设计中DAC0832为单缓冲工作方式，此方式是使用两个寄存器中一个处于直通状态，另一个工作于受控锁存状态。一般是使DAC寄存器直通状态，即把WR2和XFET端接数字地•此时，数据只要写入DAC芯片，就立刻进行转换•此种工作方式简单，并可减少一条输出同步的场合。经过以上分析信号变送硬件原理图如下图2-15所示［12］：图2-15信号变送硬件原理图Fig。2一15signaltransmissionhardwareschematics模拟信号输入到ADC0809，经ADC0809将模拟信号变换成为数字信号，传送给8051单片机.经单片机处理后传送给8255，再经过8255传送给DAC0832；DAC0832将数字信号转换成为模拟量，最后驱动喷洒水设备。2。3。3显示电路

显示电路是为方便观察加热炉中温度值变化的数字显示电路，可以准确、快速的反应加热炉温度变化，工作者就可以根据显示的数据来判断系统的运行状态，再进行相应的操作.显示电路包括显示驱动芯片8279、BIC8718、74LS138和LED显示器等，接受来自CPU的数字信号。显示电路硬件原理图如图2—16。在本系统中，显示驱动电路接口是使用的三一八译码器进行驱动显示器，驱动器BIC8718；BIC8718属于BIC87系列集成电路,是北京集成电路设计中心生产的微机专用小功率驱动器，输入/输出为8位，具有良好的驱动性能，因此得到广泛应用[3].译码器本次设计采用的三—八译码器，它是将片内寻址的地址线以外的高位地址线，全部输入到译码器进行译码，利用译器的输出端作为各存储器芯片的片选信号.3线-8线二进制译码器74LS138是一种具有特定逻辑功能的组合逻辑器件，74LS138的管脚及功能如下图2-17[9].+5V5-1K5.1K8AVcc8Y+5V5-1K5.1K8AVcc8Y7A7Y6A86Y5A15Y4A84Y3AI3Y2A2Y1A1Y8A8Y7A7Y6A86Y5A15Y4A84Y3AI3Y2A2Y1Av1Y191IBhIBB图2－16显示电路硬件原理图

Figure2-16showcircuithardwareschematics

12312345678AVccBY0-C8Y1_E18Y2-E2LY3-E37Y4-Y7Y5-GNDY6161514131211109图2－1774LS138各引脚图Fig。2-1774LS138variouspinscharta）三个使能端（ENen2AEN2B=EN=O）任何一个无效时，八个译码输出都是无效电12A2B平,即输出全为高电平“1”；b）三个使能端（ENEN2AEN2b=EN=1）均有效时,译码器八个输出中仅与地址输入对应12A2B的一个输出端为有效低电平“0",其余输出无效电平“1"；c）使能条件下，每个输出都是地址变量的最小项，考虑到输出低电平有效,输出函数可写成最小项的反函数,即：Yi-EN1EN2AEN2Bmi（2-6）2）LED显示器常用的LED显示器有LED状态显示器（俗称发光二极管）、LED七段显示器（俗称数码管）和LED十六段显示器。LED显示器就是由发光二极管构成的数码显示管，又称数码管。它分为共阴极和共阳极两种结构，结构如图2—18所示。图（a）中控制极为高点平时，相应的字段亮，图（b）中与之相反。edGNDcdp(a)(a)(b)(c)＋5V外型结构；（edGNDcdp(a)(a)(b)(c)＋5V外型结构；（b）共阴极；（c）共阳极(a)Geometrystructureandpins(b)Commoncathode(c)Commonanode图2—18数码管结构图Fig.2-18nixietubestructurepictureLED显示器的基本原理：发光二极管是一种将电能转变成光能的半导体器件。共阴和共阳结构的LED显示器各笔划段名和安排位置是相同的.当二极管导通时，相应的笔划段发亮，由发亮的笔划段组合而显示各种字符。8个笔划段hgfedcba对应于一个字节（8位）的D7D6D5D4D3D2D1D0，于是用8位二进制码就可以表示欲显示字符的字型代码。在小型专用微机系统和单板机等场合，它是主要的显示器件，在通用微机系统中，也常用来作状态等显示。LED显示管实际上是一个压降为1.2〜2.5V的二极管，使用时将它通过驱动电路接向微机的一个端口即可。3）BIC87系列微机在单片机应用系统中最常用的是小功率驱动器件，它将I/O及数据总线的信号转换成小功率信号。BIC87系列包括8708、8718、8728，它们都是北京集成电路设计中心推出的微机专用小功率8位驱动器［12］，它们具有良好的驱动性能，在单片机应用系统中得到了广泛的应用.BIC87系列是集电极开路高压输出且带选能端的8位驱动器.工作电压为5V正负10％，环境温度为0~70摄氏度，采用20引脚双列直插塑料封装，输入端和输出端分别排在两侧，输入端与单片机输出直接相连，接线方便。该驱动器还设有选通端G,可以方便地对输出信号进行控制。例如，将G端与保护信号相，当执行机构工作异常时，通过保护电路给G端送入低电平信号；这时驱动器各输出端立即由导通变为截止状态，从而功断执行机构输出电路，保护了设备的安全。在本系统中采用的是BIC87系列中的8718，它可以十分方便地驱动LED显示器，该驱动器的输入电流较小（相当于LS系列电路的输入电流），可由CMOS电路直接驱动。输出级采用了集电极开路高电压大电流输出，故可直接驱动继电器、可控硅、LED显示器等，还可作为电平转换器用.2。3。4控制键盘接口电路控制键盘输入电路是为控制者设定系统工作环境的初始值而设定的，键盘是本系统的外围的电路，但是其与CPU连接驱动电路却是必不可少的。驱动电路是把控制键盘的设定值通过变送电路部分转换并送往CPU，在CPU中进行初始化处理［1］。其硬件原理图如下所示：

温设备控制键盘驱动硬件图图2－19温设备控制键盘驱动硬件图Fig2—19ControlsthekeyboardtoactuatethehardwarechartINTEL8279是一种通用可编程的键盘、显示器接口芯片，单个芯片就可能作为行列式键盘、LED显示器与微机的接口电路.键盘接口部分可以和具有64个按键或传感器的阵列相连,能自动消除开关抖动并具有多键同时按下保护。显示器接口部分按扫描方工作，能简化键处理123455667o9j10101111121314151516能简化键处理123455667o9j10101111121314151516161718191j—20RL2VCCRL3RL1CLKRL0IRQCNTL/STBRL48279SHIFtSL3RL5RL6SL2RL7SL1RESETSL0RD—OUTB0WROUTB1D0OUTB2D1OUTB3D2OUTA0D3OUTA1D4OUTA2D5OUTA3D6BD_D7CSGNDA0图2—208279的引脚图403■37■35■34■30■2524■2322CPU接口IRQD0-D7RDWRCSA0RESETCLK827Fig2-08279pinscharts8279是一种功能较强的键盘/显示接口电路,可直接与Intel公司的各个系列的单片机接口，可以外接多种规格的键盘和显示器［14］。下图是8051与8279的一般接口框图，图中

8279外接8x8键盘，16位显示器，由SL0~SL2译出键扫描线，由4~16译码器对SL0~SL3译出显示器的位扫描线。在实际应用中，键盘的大小和显示器的位数可以根据具体需要而定.LJ-TJ1AJ-1Llil"L；r：LISO51<1ILJ-TJ1AJ-1Llil"L；r：LISO51<1I■'V丄MlirCR.01篙8279殆wL/LTl■CTTQRT*niliiDiEH1KL■-1.UiDTjriCNTL諾——□!.V丰丨■TI'；［碍1器|：；!.（：:/4M跖目器…1图2—218051与8279的一般接口框图Fig2—218051and8279generalconnectionsdiagrams8279包括以下部分:1）I/O控制及数据缓冲器I/O控制是CPU对8279进行控制的信号线集合.数据缓冲器为双向，连接内、外总线，用于传送CPU和8279之间的命令或数据.2）控制与定时寄存器及定时控制控制与定时寄存器用来寄存键盘和显示器的工作方式，以及由CPU编程的其它操作方式.3）扫描计数器扫描计数器有两种工作方式编码方式和译码方式。按编码方式工作时，计数器作二进制计数，4位计数状态从扫描线SL0-SL3输出。经外接4/16译码器，能提供16位LED的字位控制。外接3/8译码器，能为行列式键盘提供8列扫描信号,与RL0-RL7构成8x8键盘的行列扫描。按译码方式工作时，扫描计数器的最低二位被译码后，从SL0-SL3输出一位低电平，可接4位LED或4x8键盘。在本系统中不用键盘，只是用到SL0-SL3外接LED.4）回复缓冲器、键盘去抖及控制5）FIFO/传感器RAM及其状态寄存器FIFO/传感器RAM及其状态寄存器是一个双重功能的8x8位RAM。8279A芯片是一种通用的可编程序的键盘、显示接口器件，单个芯片就能完成键盘输入和LED显示控制两种功能。可与任何8位机接口。8279A芯片包括键盘输入和显示输出两个部分•若采用8279作为键盘/显示器接口，则可以实现对键盘、显示器自动扫描，8279主要是管理键盘输入和显示器输出的。8279可编程键盘显示器接口芯片具有动态显示驱动电路简单、不占用CPU的时间、可自动进行键盘扫描、与计算机接口方便、系统灵活等特点.当今已成为设计计算机应用系统，特别是实时性较高的测控系统的首选器件之一。2。3.5加热/降温驱动电路当加热炉的温度突然高于或者低于设定的初始极限值时,系统就会出现不正常的运行状态，严重时会涉及到车间的安全,导致工艺的生产不符合要求,这就要一部分电路驱动加热/降温设备。当温度低于设定值时候，CPU就会发出命令驱动加热器进行加热；当温度高于设定值时候，CPU就会发出命令驱动喷水设备进行降温。加热/降温驱动电路的硬件中要用到光电隔离器和晶闸管等器件来做触发电路,同时将次信号通过Pl.2、P1。3送向CPU中。在CPU的支持情况下，进行相关的数据和指令处理,例如报警、显示状态等.图2-22为加热/降温驱动电路硬件原理图［15］。2。3.6报警电路设计报警电路是当加热炉的温度超过设定值的时候，系统自动发出报警指令，通过报警驱动电路，启动报警芯片，发出报警声音。报警电路硬件原理图如图2—23所示。从图2-23可以知系统的设计采用了声音报警芯片。P1.2接晶体管基极输入端，当P1。2输出高电平“1”时，晶体管导通，压电蜂鸣器得电而鸣音P1.2软件低电平“0〃时，三极管退出导通状态，蜂鸣器停止发音。声音报警电路通过一块声音报警芯片9561产生报警信号，经三极管放大接喇叭产加热器ITIT喷水器wniri|卜PL2L30+5T6tQinil加热器ITIT喷水器wniri|卜PL2L30+5T6tQinilID->Ji：u3T1单片机wo图2—22加热/降温驱动电路硬件原理Fig2—22Heatsup/thetemperaturedecreaseactuationelectriccircuithardwareprincipleR27pl单片机8UoR24R28R25HhC10.476R26uR_30Cpl单片机8UoR24R28R25HhC10.476R26uR_30CR29DC20.01BLVT1'SDG6VT2SDG6VT8SDG12图2—23报警电路硬件连接图Fig2—23Alarmcircuitshardwareconnectionlayout声音报警。此报警芯片可产生两种不同的报警声：当控制器检测到库房有盗警时，Talert信号为低电平，报警芯片电源接通发出警车报警声；当控制器检测到库房火警时,Talert.Falert信号皆为低电平。Talert信号接通报警芯片电源，Falert信号接通芯片报警声音选择端(Sel)，此时报警芯片发出消防车报警声。2.3.7“看门狗”技术由于单片机自身的抗干扰能力比较差，尤其在一些条件恶劣、噪声大的场合，常会出现单片机因为受外界干扰而导致死机的现象，造成系统不能正常工作。设置看门狗电路是为了防止单片机死机、提高单片机系统抗干扰性的一种重要途径。PC受到干扰而失控，可能使程序陷入“死循环".指令冗余技术、软件陷阱技术不能使失控的程序摆脱“死循环"的困境，通常采用程序监视技术,又称“看门狗"技术，使程序脱离“死循环”。测控系统的应用程序往往采用循环运行方式，每一次循环的时间基本固定。“看门狗”技术就是不断监视程序运行时间，若发现时间超过已知的设定时间,则认为系统陷入了“死循环”,然后强迫程序返回到0000H入口，在0000H处安排一段出错处理程序，使系统运行纳入正规。在本系统中采用的硬件“看门狗”电路—-—-单稳态型“看门狗”电路[14]。单稳态型“看门狗〃电路采用74LS123双可再触发单稳态多谐振荡器设计的电路。74LS123在清除端为高电平,B端为高电平的情况下，若A端输入负跳变，则单稳态触发器脱离原来的稳态（Q为低电来）进入暂态，即Q端变为高电平。在经过一段延时后，Q端重新回到稳定状态。这就使Q端输入一个正脉冲，其脉冲宽度由定时元件R、C决定。当C>1000PF时，输出脉冲宽度计算如下：Tw=O。45RC式中，R的单位为欧，C的单位为F，Tw的单位为S。第一个单稳态电路的工作状态由单片机的P1。0口控制系统开始工作时，P1。0口向第一个74LS123的A端输入一个脉冲，使第一个74LS123的Q端产生正跳变，但并不能触发第二个74LS123动作，第二个74LS123的Q端仍为低电平.P1。0口负跳变脉冲的时间间隔取决于系统控制主程序运行周期的大小.考虑系统参数的变化及中断、干扰等因素，必须留有足够的余量•本系统最大运行周期为0。3S。第一个74LS123的输出宽度为450MS，若此期间内第一个74LS123的A端再有负脉冲输入，则第一个74LS123的Q端高电平就会在此刻重新实现450MS的延时。因此只要在第一个74LS123的A端连续地输入间隔小于450MS的负脉冲，则第一个74LS123的Q端输出将始终维持在高电平上。这时第二个74LS123的A端保持高电平，第二个74LS123单稳不动作，第二个74LS123的Q端始终维持在低电平。在单片机应用系统中可用系统中可用任意I/O引脚为每个74LS123的A端输出负脉冲，本电路用P1.0引脚。在系统实际运行中，只要程序在正常工作循环中就能保证单稳态第一个74LS123始终处于暂稳态，第一个74LS123的Q输出高电平，第二个Q端输出低电平。一旦程序由于干扰而“乱飞”或进入“死循”，“看门狗”脉冲不能正常触发，经过450MS后第一个单稳态74LS123脱离暂态，第一个74LS123端回到低电平，并触发第二个单稳态74LS123翻转到暂态，在第二个74LS123的Q端产生足够宽的正脉冲（0。9MS），使单片机右靠复位.一旦系统复位，程序就可重新进入正常的工作循环中，使系统的运行可靠性大大提高了.2.3。8系统硬件总电路工业加热炉温度控制方法3.1工业加热炉温度PID控制方法控制器是用来实时调节炉温,即根据工艺的要求和实际炉温的偏差自动接通或断开供给炉子的热源能量或连续改变热源能量的大小,从而达到调节工业加热炉温度的目的。温度自动控制常用调节规律有二位式、三位式、比例、比例积分和比例积分微分等几种.电阻炉炉温控制是这样一个反馈调节过程：比较实际炉温和需要炉温得到偏差,通过对偏差的处理获得控制信号,去调节电阻炉的热功率，从而实现对炉温的控制。按照偏差的比例、积分和微分产生控制作用（PID控制），是过程控制中应用最广泛的一种控制方式⑸［6］。PID控制是工业生产过程中，经常用的控制方法。有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是至关重要的。根据硬件设计和软件设计的过程，本次设计的控制系统采用8051作为控制核心，以便使用最为普遍的器件ADC0809作模数转换，控制上使用对电阻丝加电使其升温和开动喷洒水设备使其降温。此方案简易可行、器件的价格便宜是一种理想的控制方案。在温度控制系统中，用微分方程来表示PID运算规律，实现模拟PID调节的理想算式为：UC）=Pe（t）+丄\e（t）dt+TTOC\o"1-5"\h\zTddt（3—i01）对上式进行离散化，得出PID输出的位置式;算式：1u=u+Au=u+PRe+le+DAe2」ii-1ii-1iii（3-2）根据上面式子进行编程，可实现PID算法。在本设计中为了防止积分饱和，减小超调量，采用了积分分离的PID算法，即：当e>8时，为PD运算；i当e<8时，为PID运算。i比例积分微分（PID）调节一比例积分调节会使调节过程增长，温度的波动幅值增大,为此再引入微分（D）调节。微分调节是指调节器的输出与偏差对时间的微分成比例，微分调节器在温度有变化“苗头”时就有调节信号输出，变化速度越快、输出信号越强。温度控制系统中主要是控制器的设计，采用满足系统要求的PID算法，其原理是先求出实测炉温对所需炉温的偏差值，而后对偏差值处理而获得控制信号去调节加热炉的加热功率，以实现对炉温的控制。综上所述，预设计的控制系统方框图如下图3—1所示:图3-1控制系统方框图Figure3-1controlsystemblockdiagram从图可知，整个系统可划分为控制环节部分、执行环节部分和温度采集环节三部分。温度传感器将温度信息变换为模拟电压信号后,将电压信号放大到单片机可以处理的范围内,经过低通滤波，滤掉干扰信号送入单片机。在单片机中对信号进行采样，为进一步提高测量精度，采样后对信号再进行数字滤波。单片机将检测到的温度信息与设定值进行比较;如果不相符，数字调节程序根据给定值与测得值的差值按PID控制算法设计控制量，触发程序根据控制量控制执行单元。如果检测值高于设定值，则启动制冷系统，降低环境温度;如果检测值低于设定值，则启动加热系统，提高环境温度，达到控制温度的目的。根据温度变化慢，并且控制精度不易掌握的特点，设计了以8051单片机为检测控制中心的工业加热炉温度自动控制系统。就本系统来说，需要实时采集水温数据，然后经过A／D转换为数字信号，送入单片机中的特定单元，然后一方面送去显示；另一方面与设定值进行比较，通过PID算法得到控制量并经由单片机输出去控制加热炉加热或降温.温度控制采用改进的PID数字控制算法，显示采用LED显示。该设计结构简单，控制算法新颖，控制精度高，有较强的通用性.所设计的控制器有以下功能:温度控制设定波动范围小于±1%，测量精度小于±1%，控制精度小于±2％，超调整量小于±4%.实现控制可以升温也可以降温.实时显示当前温度值.人工调频控制：设置复位键、运行键、功能转换键.越限报警。从功能模块上来分有：主机电路、数据采集电路、键盘显示电路、控制执行电路。本设计的温度控制范围为400°C〜1000°C之间，温度误差要求在3°C左右，系统超调量不超过15%,所以在硬件系统中采用8位转换器ADC0809就可以使温度误差保持在±2°34°C以内，满足设计要求.3。2PID控制算法1）主程序模块在主程序中首先给定PID算法的参数值，然后通过循环显示当前温度，并且设定键盘外部中断为最高优先级，以便能实时响应键盘处理;软件设定定时器TO为10秒定时，在无键盘响应时每隔10秒响应一次，以用来采集经过A／D转换的温度信号;设定定时器T1为嵌套在TO之中的定时中断,初值由PID算法子程序提供。2）功能实现模块用来执行对可控硅及加热炉的控制.功能实现模块主要由A／D转换子程序、中断处理子程序、键盘处理子程序、显示子程序等部分组成。a）TO中断子程序该中断是单片机内部10s定时中断，优先级设为最低，但却是最重要的子程序。在该中断响应中，单片机要完成A/D数据采集转换、数字滤波、判断是否越限、标度转换处理、继续显示当前温度、与设定值进行比较，调用PID算法子程序并输出控制信号等功能。b）T1中断子程序T1定时中断嵌套在T0中断之中，优先级高于T0中断,其定时初值由PID算法子程序提供,T1中断响应的时间用于输出可控硅（加热炉）的控制信号。c）运算控制模块运算控制模块涉及标度转换，PID算法、以及该算法调用到的乘法子程序等。d）标度转换子程序该子程序作用是将温度信号（00H〜FFH）转换为对应的温度值，以便送显示或与设定值在相同量纲下进行比较。e）PID算法子程序系统算法控制采用工业上常用的位置型PID数字控制，并且结合特定的系统加以算法的改进，形成了变速积分PID一积分分离PID控制相结合的自动识别的控制算法。该方法不仅大大减小了超调量而且有效地克服了积分饱和的影响，使控制精度大大提高.对加热炉温度控制系统模型，设计中运用PID算法更新T1的定时常数,PWM输出控制可控硅的通断，从而实现对温度的连续控制•本设计的控制工作稳定、控制精度高，可改进的PID算法超调量大大降低,软件采用模块化结构，提高了通用性.3.3温度控制的实现为使系统满足工艺的要求，控制方法多种多样，如PID调节规律、纯滞后补偿、大林算法及最优化控制等。选用PID调节规律对炉温进行控制,调节的灵活性较大，只要在程序上稍加改变就可以达到改善控制质量的目的•针对不同的被控对象，除PID调节外还可采用一些不同的运算方法，如只选用积分、比例积分或比例微分等。本次设计要求：1）当TS400°C时为自由升温段，这个阶段温度升高越快越好。为避免过冲，将自由升温上限值设定为390C。即当T<390C时，Pi最大（全量输出）•也就是说在自由升温段，采用全量输出对系统进行开环控制。2）当T〉390C时，已接近需要的保温值800C。这时采用报文阶段的控制方法，因电压的变化和炉温变化之间存在很大的时间延迟，因此当以温差来控制输出，即比例控制时，系统只有在炉温与给定值（保温温度）相等时才停止输出。同样由于炉温变化落后于输出，它将继续下降。从而造成温度的上下波动，即所谓振荡。考虑到电阻炉上述的滞后影响，调节规律必须加入微分成分.PID控制模块是一种输入/输出模块，输入值是测量值（反馈值），并希望通过此模块将输入值控制在动态或静态的设定值附近。另外输入值还包括三个动态变化的P.I°D参数值.模块的输出是控制器的输出•在理论上，控制器从传感器（如温度传感器）接收被控过程的信号，并由此产生输出信号，将被控过程控制在设定值/控制点。PID控制器是应用最广泛的一种过程控制器。它可以依照特定的时间常数来调整其控制输出，使其更适合于时变过程的控制，因此PID控制器得到了广泛的认可。进行控制的一般的方法是求出期望值（设定值）与测量值（反馈值）的差值，并试图减少这个差值。PID控制器就是这样一种有效的控制器。各环节的实现温度控制如下：1）PID环节的实现PID环节为数字PID控制，完全由单片机内的算法程序来实现，PID算法中的各个参数的选择由被控制对象的特性和预期的控制目标来决定。2）执行环节的实现执行环节是由晶闸管及其移相触发电路和电热器来实现的•PID输出信号通过DAC0832转换成可以控制移相触发器的电压信号。移相触发器件选择TCA785，它可对零点进行识别,输出脉冲的齐整度好、移相范围宽、输出脉冲的宽度可人为自由调节。温度采集环节的实现此环节由热电阻和模数转换器ADC0809来实现•热电阻通过电阻桥输出一个电压信号,该信号再经过放大、滤波，最后被送进模数转换器ADC0809。加热炉温度控制系统的实现温度控制思想：Ui(k)为第k次采样温度值，Ur为设定值。e(k)>£使用PD算法；e(k)<£使用变速积分PID算法加热炉炉温的控制过程如下:测温元件将检测到的温度信号送到变送器的输入回路，经低电平自激调制放大后最后输出0~10mA的电流信号，该信号经过一定电阻值的电阻变为0〜10V的电压信号•然后通过A/D转换成数字量，经过PC与设定值比较，运算后，由D/A输出模拟量0〜10V的电压信号,该电压直接控制晶闸管调功器的输出功率，从而对加热炉的温度进行调节［16］。温度控制系统软件设计结合第2章的硬件设计和第3章的控制器设计，本系统具有测温、上限报警、下限报警、温度控制及显示功能，其中的数据交换是加热炉温度控制系统的重要部分,数据的显示和操作全部由软件来完成，实现全自动化。4。1温度控制软件设计要求将软件设计与硬件设计统一在单片机系统设计中,更好的满足工艺的要求.软件设计的要求如下：1)温度检测定时启动ADC0809进行A/D转换，以检测温度值。为了保证数据的可靠性，采用四点均值滤波法进行软件滤波，即每次测温都使ACD0809进行4次采样，取其平均值作为这一次的温度检测值。2)温度控制温度控制的实现，即根据温度给定值和采样值的大小，决定驱动喷洒水机或加热设备，实现对温度的控制。3)定时利用MCS-51系列单片机的片内定时器TO,对温度进行10S定时，以满足对温度采样周期的要求.温度显示在每次检测温度之后,进行一次温度显示更新，即将新的温度值经过标度变换后由键盘、显示器接口芯片8279输出给LED显示器。报警将每次温度检测值与其温度传感器的上限和下限进行比较，如果其差值超出范围时，从P1。2输出报警信号，并将程序转入事故处理程序。PID控制单片机应用中可选择的控制算法很多，但是常用的仍是数字PID算法。最优化理论可以证明PID控制可以满足相当多的工业对象的控制要求。对温度的控制采用了PID控制算法。7)火灾软件的要求当通过光传感器和烟雾传感器检测到有火灾时(与其温度检测相似)，通过一块声音报警芯片9561产生报警信号,经三极管放大接喇叭产生声音报警。此报警芯片可产生两种不同的报警声:当控制器检测到库房有盗警时,报警芯片电源接通发出警车报警声；当控制器检测到车间火警时，此时报警芯片发出消防车报警声.4。2温度控制系统软件程序设计4。2。1程序结构设计应用程序结构采用中断方式，由定时器发出定时中断申请。主程序进行系统初始化，包括定时器、I/O口和中断系统的初始化，等待定时中断。在中断服务程序中，先判断是否到10S.若不到10S返回，若到10S,就进行温度检测、标度变换、温度显示和温度控制,并根据温度传感器的上限和下限检测温度值是否报警。当检测到有火灾时，通过P1.7控制一块声音报警芯片9561产生报警信号，经三极管放大接喇叭产生声音报警。程序模块的划分在应用程序总体结构中,将以下几个功能程序作为模块程序［17］：(1)温度检测(2)温度值标度变换(3)温度显示(4)温度控制(5)报警。程序模块设计1)程序的流程图返回图4—1温度检测流程图Fig4-1temperatureexaminationflowchart定时中断程序1温度检测、1温度显示--温度超出上限？、、十一1N温度低于下限？-N温度低于下限？-N——.报警处理Y中断返回图4-2应用程序总体流程图之一Fig4-2Oneofapplicationsproceduresoverallflowcharts主程序I11并彳亍口初始化1定时初始化中断糸统初始化』等待定时中断声音报警芯片9651图4-3应用程序总体流程图之二Fig4—3Secondapplicationsproceduresoverallflowchar

图4-4PID控制程序流程图Fig4—4PIDcontrolsprocedureflowchart2)软件程序a)温度检测程序根据所连接的硬件电路图，可知数据存储器6264的地址范围为OEOOOH-OEFFFH，其中温度存储在OEOOOH—OEAOOH,湿度存储在0EA01H-0EB00H,光传感器的光线强度参数存在0EB01H—OECOOH，烟雾传感器的气体参数存在0EC01—OEDOOH。湿度检测程序的功能是连续进行4次A/D转换，求取转换结果的平均值，存入数据存储器6264的OEOOOH

单元中。A/D转换器0809的模入通道的入口地址为0FFF8H—OFFFFH,A/D转换用查询方式。温度检测清单如下WENDU：PUSHPUSHMOVMOVX温度检测清单如下WENDU：PUSHPUSHMOVMOVXDPHDPLDPTR,#0E000H@DPTR,＃0000HMOVB,＃00HMOVR6,＃04HMOVDPTR,#0FFF8HTT0：MOVX@DPTR,ANOPNOPJBINT0,＄MOVXA,@DPTRMOVDPTR,#0E000HADDA,@DPTRMOV@DPTR,AJNCTT1INCBTT1:DJNZR6,TT0CLRCXCHA,B;清结果单元;清寄存器；送转换次数；送ADC地址；启动ADC；空操作,循环；等待转换结束；读ADC结果；累加转换结果RRCAXCHA,BRRCACLRCXCHA,BRRCA；保存累加进位；(BA)除以4；A带进位位循环右移4次XCHA，B；4次检测平均值0E000HRRCA；4次检测平均值0E000HMOV@DPTR，APOPDPLPOPDPHRETb）温度控制程序温度控制程序的功能是将温度检测的实测值（存于OEOOOH）与所选用的温度传感器的上限和下限相比较［18］，如果高于温度传感器的上限（存于OEOAOH）,通过控制P1.2为低电平启动报警，同时通过P1.6为低电平启动喷洒水设备；如果低于温度传感器的下限（存于OEOBOH）,则通过控制P1。3为低电平启动报警，同时通过P1。6为低电平启动加热器设备（在某些条件下，P1.6为高电平时候设定为报警启动，后面将具体介绍）.温度控制程序清单如下：WCONT：PUSHDPHPUSHDPLLOOP:MOVDPTR,#0EOOOH;温度检测值赋值MOVXA,@DPTR；温度检测值送AJBACC.7,QIUBUCLRC；求补判断MOVDPTR,＃0E0A0H；温度上限值赋值SUBBA,@DPTR；检测值与上限值相比较JNCLLT0；检测值〉上限值，转LLT0CALLSYBJ；报警MOVDPTR，＃0E0B0H；温度下限值赋值SUBBA,@DPTR；检测值与下限值相比较JNCLLT0CALLSYBJCALLWDISP;检测值（下限值，转JNCLLT0CALLSYBJCALLWDISP；报警;显示CLRP1。6POPDPLPOPDPHRETLLT0:CALLSYBJSETBP1.6CALLWENDUAJMPLOOP温度求补程序清单如下：QIUBU：CLRCMOVDPTR，＃0E000HMOVXA，@DPTRCPLA；A的内容逐位取反ADDA，#01H;加1求补MOVX@DPTR,AINCDPTRMOVXA，@DPTRCPLAADDCA，＃00HMOVX@DPTR,ARETc)温度显示程序温度显示是通过8279连接LED显示的，8279的片选信号连接到P2.6,根据硬件电路图的连接，8279的命令/状态口地址是BFFFH,数据口地址是BFFEH。温度显示程序清单如下:WDISP:PUSHDPHPUSHDPLMOVR2，#03H；3位显示器MOVA，#90H；写显示器命令MOVDPTR，#0BFFFH;指向命令口MOVX@DPTR,AW1：MOVDPTR，＃0E000HMOVXA,@DPTRANLA,＃0F0HSWAPAMOVB,#0AHCLRCSUBBA,BJNCDISPLAYAMOVA,＃DPTRANLA,#0F0HSWAPAMOVB,#30HADDA,BMOVDPTR,#0BFFEHMOVX@DPTR,AINCDPTRDJNZR2,W1POPDPLPOPDPHRETDISPLAYA:MOVA,＃DPTR码ANLA,#0F0HSWAPAMOVB,＃57HADDA,BMOVX@DPTR,A;命令送入;取温度转换结果的低4位；截取高4位作为字节数据；转换为非压缩BCD码；判断是0-9还是A-F；是0-9,则加30转换为ASCII码以便显示；指向下一个缓冲存储单元;是A—F,则也转换为相应的ASCII；61H—0AHINCDPTRDJNZR2，W1POPDPLPOPDPHRETd）声音报警程序本系统采用一个控制其连续鸣音30MS的控制声音报警。声音报警程序清单如下:SYBJ:PUSHDPHPUSHDPLSETBP1.6MOVR3,#1EHD1：MOVR4，＃0F9HD11:DJNZR4，D11DJNZR3，D1CLRP1.6POPDPLPOPDPHRETe）主程序和中断服务程序设计；P1.6输出高电平,启动鸣音;延时30MS；小循环延时1MS；循环30次;取反，P1。6输出低电平，停止鸣音；依次出栈根据主程序流程图，可编写程序和中断服务程序。在定时中断服务程序中，各功能程序都已模块化，可直接调用.在列出程序清单之前，先说明10S和30MS定时的实现方法。当振荡频率为65MHZ时，要实现10S定时，现使定时器TO工作于方式1,则其时间常数为N=EC78H.要实现30MS定时,需另外设置一个软件计数器，因为8051内部定时器的最大定时值为131MS,现使定时器T1工作于方式1,则其时间常数为N=0218H，软件计数器的初值为E7H。主程序清单如下：ORG0000H；主程序初始化AJMPMAINORG000BHAJMPT0INT

ORG001BH；定义指针AJMPT1INT；定义指针MAIN：MOVSP，#50HMOVP1,#01HCALLHU0ZAICALLHCONTCALLFANGDAOCALLFCONTMOVTMOD，#01HMOVTLO，#78HMOVTHO，＃0ECHSETBET0SETBEASETBTR0LM0:AJMPLM0T0INT：CALLWENDUCALLWDISPCALLWCONTMOVTMOD,#10HMOVTL1，#18HMOVTH1，＃02HSETBET1SETBEASETBTR1MOVR7，#0E7HLM1：AJMPLM1T1INT：DJNZR7，TR1CALLSHIDUCALLSDISPCALLSCONTMOVTMOD，#01HMOVTLO，＃78HMOVTHO，＃0ECHSETBET0SETBEASETBTR0TR1：RETI火灾的检测过程与温、湿度的检测过程类似，只不过光传感器的光线强度参数存在0EB01H-0EC00H，烟雾传感器的气体参数存在0EC01-0ED00H。无论当什么时候检测到有火灾和盗窃时，只要执行SETBP1。7就可以启动声音报警芯片9561,它能够产生报警信号，经三极管放大接喇叭产生声音报警。此报警芯片可产生两种不同的报警声：当控制器检测到库房有盗警时，报警芯片电源接通发出警车报警声;当控制器检测到库房火警时，此时报警芯片发出消防车报警声。技术经济分析1)总论随着科学技术的不断发展,我国整体的科技水平也迅速提高，在各个领域都发生了突飞猛进的变化。而早些年发展起来的单片机技术，正是顺应了工业自动化发展的要求，开创了一个全新的智能的时代，改变了各种控制都需人工参与的状况。2)项目技术可行性分析本设计是采用单片机，温度传感器来实现对现场的情况的控制,改善了传统的控制温度的方法,进一步的完善了温度检测的准确性和及时性。同时，它还具有很高的性价比,为以后广泛的应用打下了坚实的基础。同时，采用单片机的温度检测系统具有:线路简单、出现故障几率小、维护费用低和测量结果准确等优点。而传统的检测方法出现故障几率大、维修费用高且给工人的工作带来了很大的不便。3)经济和社会效益分析本次设计的温度控制系统所用硬件共计花费8696元人民币。由此可见本系统具有以下优点：采用单片机技术后，生产成本降低、企业的年净利润大幅度地提高.预计这项技术的应用,年交税总额和年创汇都将增加.这相技术如果大规模投入到企业的生产中，将会带动整体技术水平的提高，从而更新国内温度控制的传统观念。虽然在设备投用初期的费用比以前高一些,但在长期使用后，将会得到良好的收益并且投资利润率也将提高.综上所述，使用单片机的温度控制系统比传统的方法要简单、经济、易控制、功能特性更好且有着广阔的市场前景。本文针对工业加热炉温度控制系统模型，提出了一种基于单片机8051的设计方案.设计中运用了PID算法，信号的输出控制可控硅的通断，从而实现对温度的连续控制.本设计的目的不仅仅是温度控制本身,主要提供了单片机外围电路连接分析及软件设计，包括控制算法设计的思想.采用单片机对温度进行控制，使被控温度跟随的快进性和准确性增强，使本系统方便易用。实时显示电路的设计，使温度信息更迅速、直观地显示。本次设计中使用了8051单片机做CPU，因此，该系统的可扩展性很强。整个系统硬件简单、可靠、系统成本低。到此，本次设计基本完成了预期的目标；但是由于时间仓促、资料有限。没有对通信部分、温度传感器进行温度精确的补偿和PID反馈回路进行设计。所以设计成果并不是很完美，我准备在今后的学习过程中继续发扬我校的优良传统进一步完善。参考文献［1］胡乾斌、李玲。单片微型计算机原理与应用［M］。华中科技大学出版社，1996.［2］沈庆阳.8051单片机实践与应用［M］.第二版•清华大学出版社。2004［3］胡汉才。单片机原理及系统设计［M］.北京:清华大学出版社,2002［4］付家才主编•单片机控制工程实践技术［M］.第三版。化学工业出版社,2004［5］胡寿松.自动控制原理［M］。第四版•科学出版社.2000［6］侯志林主编。过程控制与自动化仪表】M］.北京：机械工业出版社.1999.［7］李朝青编著.单片机原理及接口技术［M］.北京:航空航天大学出版社。1999年3月。［8］唐俊翟主编。单片机原理与应用［M］。第一版。冶金工业出版社，2003［9］阎石主编.数字电子技术基础［M］。第四版。北京：高等教育出版社。1998［10］贾伯年编著•传感器技术［M］.2004。189〜200［11］余成波，胡新宇，赵勇主编。传感器与自动检测技术［M］.北京：高等教育出版社2005［12］王秀珍等编著•微型计算机A/D,D/A转换接口技术及数据采集系统［A］。北京：清华大学出版社2004.［13］陈丽芳主编•单片机原理与控制技术】M］.第二版•东南大学出版社.2003［14］王幸之等编著.单片机应用系统抗干扰技术［M］。北京：航空航天大学出版社,2000［15］第三届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编】A］.北京:理工大学出版社.1997年1月.［16］赵国材主编•计算机控制技术［M］。吉林：人民出版社,2001。［17］涂时亮等编编著•单片微机软件设计技术［M］。重庆:科学技术文献出版社重庆分社,2003.［18］M.deussner.ClinkerburningwithreducedNoxemission［M］。KHDSymposium,2001。附录A译文电压源和电流源电流和电压概念的使用，它使现在有可能更具体的确定电路元件。这样做，是很重要的在区分物理设备本身和数学模型之间，我们将分析其在电路中的功能。该模型只是一个近似。让我们同意,我们使用的表示电路元件指的将是数学模型。选择一个特定的模式为任何实际设备必须在实验数据或经验的基础之上，我们通常会以为这个选择是已经存在的。为简单起见，我们用理想元件作为其简单模型。1）所有的简单电路元件，我们将考虑对其进行分类,根据与电压的关系。例如,如果电压与通过它的电流是成线性关系的，我们将称它为电阻。其他类型的简单电路元件的终端电压与其时间的导数成正比（电感），或与积分成比例（电容器），也有一些元件其电压与电流是完全独立的，或电流与电压是独立的;这些被称为独立源.此外，我们有必要界定一下特殊电源,任何一个电压或电流都取决于电路中的其他电流或电压；这种电源被称为被控电源。被控电源被大量使用在交流和直流晶体管装置中，尤其在放大电路中。2）独立电压源我们首先考虑的是独立电压源。下标s仅仅表示电压为源电压，这种方法是常见的，但不是必需的.独立电压源地特点是端电压完全独立与流过他的电流。这样给定一个电压源的端电压为12V,无论流经的电流多大，端电压永远如此.独立电压源是一种理想电源，不能严格表示任何物理器件，因为理想电源理论上可以提供无限大的能量.可是理想电压源确实提供了几种实际电压源合理的近似。例如，汽车蓄电池有12V端电压,只要流过的电流不超过几个安培，其端电压基本保持为常数。小电流可以从两个方向流过电池。如果电流位,正且流出电池正端，那么电池为汽车前灯提供功率；如果电流为正并且路出电池正端，那么电车从发电机吸收能量而充电。家用电插座也急死于一个独立电压源。直流电压和电流源别广泛应用，分贝便是直流电流电压源和至六点六点六元.这些术语岁奇怪,但却用得很广泛无法改正。独立电压源上端标注的正号并不一定表示上端电压数值真的相对于下端为正，只表示上端电压比下端电压高Vs.在某些场合，也可能为负，正是上端电压相对于下端电压实际上为负。设想电源上端附近电流i,其方向为进出电源争端，满足无缘符号规则，这样电源吸收功率p=vi。常见的是电源给网络提供功率而不是吸收功率.因此选择流出的箭头方向，使vs表示电源提供的功率。这两种箭头方向都可以采用。2）独立电流源需要另一个理想的是独立电流源。这里，流过元件的电流完全独立与元件两端的电压。向独立电压一样，独立电源充其量不过是一种物理元件的合理近似。理论上它可以提供无限大的功率，因问他在任何端电压下产生相同的有限电流.可是它确是实际电压的很好近似，尤其在电子电路中。3）受控电源自此讨论的两种理想电源称为独立电源，因为电源值不以任何方式受到电路其他部分的影响。这与另一类理想电源相关源或受控元相反，受控元的值决定于所分析系统某处的电压或电流.这类电源出现在等效电路模型中，比如晶体管，运算放大器的集成电路。电源变换1）实际电压源到目前为止，考虑的电源无一例外是理想电压源的理想电流源.现在更接近实际一步，考虑实际电源。这些电源给以更实际的表示实际电源。一旦定义了实际电源，就可以看到实际电源和实际电压源可以彼此替换而不影响电路的其余部分。这样的电源称为等效电源.这种方法及适用于独立电源，也适用于受控源，尽管会发现对受控源不像对独立电源那样有用。理想电源定义为端电压与流过它的电流无关的元件。1伏直流源在在1欧电阻上产生1按电流.在一微欧电阻上产生1000000安电流，它能提供无限的功率。当然实际上并不存在这样的元件，在这之前已经意识到，仅在较小的电流或功率下实际电压源实际电源才可以用理想电压源来表示。例如汽车电池可以用12伏理想电压源近似，只要它的电流限制在几安培之内。可是只要任何人，只要试过在前灯电亮的条件下启动发动机，一会会观察到，让电池提供100安或更大发动机启动电流，会使灯变暗.在种条件下理想电源不能很好的表示电池.为了更好的近似实际元件的性能，必须修改理想电压源，考虑大电流下端电压降低效应。假定试验发现，没有电流流过电池时,汽车电池端电压为12伏，当电流为100安时电压降为11负。怎样模拟这一实验结果呢？更精确的模型可能为一个12伏的理想电压源于一个电阻串联。在100安电流下电阻上的电压为1负。经过简单计算这个电阻为0.01藕,理想电压源与串联电阻组成了实际电压源.这里利用两个相串连的理想电路元件（独立电压源的电阻）构成了实际元件的模型.当让不能指望在汽车电池内找到这样的理想元件结构。任何理想元件由其端点的一定电流电压关系所确定。需要构造出理想元件的的某种组合，至少在一定的电流、电压的功率范围内，它能够具有类似的电流电压特性。由两个元件组成的汽车电池实际模型连接在某一负载电阻R1。实际电源的端电压与电阻Rl上的电压相等，记为Vl。通过线性方程知道，曲线是一条直线，直线上每一点对应不同的R1值，例如当负载电阻等于世纪电池内阻时,对应于直线的中点。此时负载电压恰好等于理想电源电压的一半。当Rl区域无穷时，没有电流流过负载，实际电源为开路，端电压及开路电压等于12伏，另一方方面，当Rl=0，记负载短路时，坑能产生的负载电流即短路电流为1200安（实际上这样的试验会导致短路电路本身、电池和连接到电路中的其他测量仪器损环）。因为对于实际电压源，II和VI关系是一条直线，应该注意开路电压和短路电流的值唯一的确定了这个曲线。可用垂直虚线表示理想电压源的曲线，对人的负载电流，端电压都保持常数。尽当负载电流较小时，实际单元的端电压才具有接近理想电压源的值.考虑一般实际电压源，理想电源电压为Vs，电阻Rs，称内阻或输出电阻，与电源相串连再次指出，这个电阻并不像分立元件那样真的存在，不过是用来说明负载电流增大时端电压的减小.他的存在可以更实际的模拟实际电压源的特性。2）实际电流理想电流源在实际重视不存在的，没有一种实际元件能提供常值电流而不管与其相联的负载电阻的大小或元件端电压的大小。某种晶体管电路能在很广的负载电阻范围内提供常值电流，但是负载电阻总是很大，以至于流过的电流很小.遗憾的是绝无可能得到无限大的功率。实际电流源定义为理想电流源与内阻Rp的并联。3）等效实际电源定义了两种实际电源之后，现在准备讨论他们的等效电路•在接有相同Rl时，无论数值大小，如果两个电源产生的U1和II相同，就定义这两个电源等效。因为Rl为无穷和等于零时，等效电源提供相同的开路电压和短路电流。换句话说，如果给定两个等效电源，一个是实际电压源，另一个是实际电流源，他们分别封装在只留有一对端点的黑匣子里，没有办法通过测量负载电阻上的电流和电压来判断它是那种电源。温度测量温度测量在工业控制中是很重要的，因为它作为系统或产品状态的直接指标或者作为如反应率、能量流、涡流机效率和质量等间接指标。现行的温度分度已使用了约200年.最初的仪器是基于气体和液体的热膨胀。现在尽管有许多其他类型的仪表在使用,这些填充式系统仍然用于直接的温度测量。有代表性的温度传感器包括：填充式热系统、玻璃液体温度计、热电偶、电阻温度探测器（RTDs）、热敏电阻、双金属器件、光学和辐射高温计和热敏涂料。电气系统的优点包括高的精度和灵敏度，能实现开关切换或扫描多个测量点，可在测量元件和控制器之间长距离传输,出现事故时可调换元件（而不是整个系统），快速响应，以及具有测量高温的能力。其中热电偶和电阻温度探测器（RTDs）则被广泛地使用。1）热电阻探测器电阻测温是基于由温度引起的电导率变化。因此,通过建立在电阻与清晰度之间的直接关系，线圈就能作为一温度传感器，并可保证得到精度在o.i°c之内的标准曲线。用于实验标准的钳热电阻探测器能获得优于这一范围的容限，并可实现低于900C的精密温度测量。如果热电阻探测器被调整到符合这条曲线，就可与根据同样曲线标定的其他热电阻探测器相互交换使用.用于热电阻探测器的最常用电路之一是威斯登电桥。热电阻探测器是用直流电源驱动的威斯登电桥的一臂。节点A和节点B形成放大器的输入•当温度发生变化时，热电阻探测器的电阻发生变化，使电桥产生不平衡，并在节点A和节点B之间产生误差信号，经放大器放大。进行各种电阻温度测量时，建议使用三根导线的热电阻探测器电缆。这样就可降低环境温度对电缆的影响。三导线中，其中一根对电桥两臂是相同的，而其他两根连在电桥的两臂上。由于两桥臂的变化是一样的，所以电缆上的任何温度变化就会被抵消.实践中，热电阻探测器可使用多至500英尺的三导线电缆，而不会产生可察觉的误差。2）热电偶热电效应是i82i年有西贝克发现的。热电偶基本由两个不同的金属组成，例如铁和康铜丝。连接起来后，当结点处于不同温度下时，就产生一个热电势。测量端或热端插到被测量温度介质中.参考端或冷端则通常开口连接到测量仪器端。要用热电偶实现精确的温度测量，参考端温度必须保持恒定；如果会变化，必须提供这些变化的适当补偿。假如参考端温度的变化没被补偿,就会有相应的毫伏电压变化，结果会导致温度测量的误差。当用于实验室和其他检查和测试目的时，热切期望电偶参考端可被置于真空瓶中。这瓶中充满用水浸透的刨冰。这种方法能完成精密的温度控制（在小数度数内）和提供精确的读数。为了保证精确读数,大多数热电偶在都安装有带参考端自动补偿的仪器。大多数仪器中，它是通过调节流过感温电阻上的电流来实现的，该感温电阻检测参考端清晰度变化，并利用在其上产生的电压降自动提供必要的补偿电动势.微处理器化系统广义地说，电子系统是用于处理信息的，这种信息可以是电话交谈、仪器读数或企业帐户,但是各种情况下都涉及相同的主要操作：信息处理、存储和传送。在常规的电子设计中，这些操作都是以功能平台方式组合起来的,例如计数器，无论是电子还是机械的,都要存储当前值，并按要求将该值增1。诸如采用计数器的电子钟之类的任一系统要使其存储和处理能力遍布整个系统，因为每个计数器都能存储和处理一些数字。当前微处理器化系统与上述的常规方法不同，它将处理、存储和传送三个功能分离形成不同的系统单元•这种形成三个主要单元的分离方法是冯•诺依曼在20世纪40年代所设想出来的，并且是针对微计算机的设想。从此几乎所有制成的计算机都是用这种结构设计的，尽管包含宽广的物理形式，从根本上来说它们均是具有相同的基本设计。在微处理器化系统中,处理是由微处理器本身完成的。存储是利用存储器电路，而进入和出自系统的信息传输则是利用特定的输入/输出（I/O）电路。要在一个微处理器化时钟中找出执行计数功能的余割特殊硬件是不可能的，因为时间存储在存储器中，而在固定的时间间隔下由微处理器控制增值。但是，规定系统运转过程的软件包含实现计数器功能的单元。由于系统几乎完全由软件所定义，所以对微处理器结构和其辅助电路这种看起来非常抽象的处理方法使其在应用时非常灵活。这种设计过程主要是软件工程,而且在生产软件时,就会遇到产生于常规工程中相似的构造和维护问题.微型计算机系统由微处理器控制,它管理自己与存储器和输入/输出单元的信息传输。外部的连接与工程系统的其余部分（即非计算机部分）有关。尽管只有一个存储单元，实际中有RAM和ROM两种不同的存储器被使用.由于概念上的计算机存储器更像一个公文柜,上述的“存储器”一词是非常不恰当的；信息存放在一系列已标号的“箱子”中，而且可按问题由“箱子”的序列号进行信息的参考定位。微计算机常使用RAM（随机存取存储器），在RAM中数据可被写入，并且在需要时可被再次读出。这种数据能以任一所希望的次序从存储器中读出,不必按写入时的相同次序，所以有“随机”存取存储器。另一类型ROM（只读存储器）用来保持不受微处理器影响的固定的信息标本;这些标本在电源切断后不会丢失,并通常用来保存规定微处理器化系统运转过程的程序。ROM可像RAM一样被读取，但与RAM不一样的是不能用来存储可变的信息。有些ROM在制造时将其数据标本放入，而另外的则可通过特殊的设备由用户编程，所以称为可编程ROM。被广泛使用的可编程ROM可利用特殊紫外线灯擦除.并被称为EPROM，即可擦除可编程只读存储器的缩写。另有新类型的器件不必用紫外线灯而用电擦除，所以称为电可擦除可编程只读存储器EEPR