摘 要：采用8051作為核心元件，構(gòu)成變速調(diào)溫控制系統(tǒng)，適應(yīng)特殊的溫度曲線，而且采用不同的軟件系統(tǒng)，可以適應(yīng)不同的工藝要求，具有良好的可移植性和擴(kuò)展性。本文給出了系統(tǒng)硬件和軟件的總體設(shè)計(jì)。
在某些生產(chǎn)過(guò)程中，溫度需要根據(jù)工藝要求快速或慢速升降或保持恒定，如果采用人工控制，不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且控制精度與操作人的經(jīng)驗(yàn)、身體情況、精神狀況等有關(guān)，易出現(xiàn)較大誤差。所以需要設(shè)計(jì)高性能的溫控系統(tǒng)。
以MCS-51系列單片機(jī)8051為核心元件，以熱電偶作為測(cè)溫元件，設(shè)計(jì)全自動(dòng)變速溫控系統(tǒng)，加熱爐的加熱時(shí)間可以根據(jù)工藝溫度曲線自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)溫度的智能控制。
1 工作原理
各個(gè)時(shí)間段的溫度預(yù)定值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，系統(tǒng)通過(guò)程序每隔20 s查詢一次當(dāng)前預(yù)定值是否在恒溫時(shí)間內(nèi)，如果不在恒溫時(shí)間內(nèi)，則取出下一組預(yù)定值，否則保持當(dāng)前設(shè)定值，并累計(jì)恒溫時(shí)間。
熱電偶測(cè)量的溫度值轉(zhuǎn)換為電勢(shì)后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路ADC0809轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，由P1口送入單片機(jī)。每隔10 s由時(shí)間中斷控制對(duì)實(shí)測(cè)溫度進(jìn)行采樣，并將采集到的溫度值與設(shè)定值進(jìn)行比較，若實(shí)際溫度超出預(yù)先設(shè)定的控制量，系統(tǒng)執(zhí)行截止或全功率輸出指令，從而控制可控硅的導(dǎo)通角，控制溫度的升降。若實(shí)際溫度沒(méi)有超出預(yù)定的控制范圍，系統(tǒng)按預(yù)定值控制可控硅每秒導(dǎo)通的脈沖數(shù)，維持預(yù)先的溫度曲線。
對(duì)控制系統(tǒng)的干擾，一是電網(wǎng)電壓的波動(dòng)導(dǎo)致電熱爐失控；二是電熱爐本身狀況的改變。針對(duì)這兩種情況，系 統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)電壓和電熱爐工況進(jìn)行采樣，經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)傳送給控制系統(tǒng)，改變可控硅的通斷時(shí)間比，從而抵消上述干擾帶來(lái)的影響。
2 硬件設(shè)計(jì)
8051應(yīng)用廣泛，功能強(qiáng)大，價(jià)格低，其內(nèi)部有4 kBROM程序存儲(chǔ)器，128 kBRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，32根I／O線，2個(gè)16 b定時(shí)／計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源。硬件電路如圖1所示。
由于8051內(nèi)部集成了4 kBROM，根據(jù)程序需要進(jìn)行存儲(chǔ)器的擴(kuò)展，用一片EPROM2716作為8051的外部程序存儲(chǔ)器，由8051的P0口傳送的2716低8位地址經(jīng)74LS273鎖存后，與2716的低8位相連，高3位A8～A10由P2口的低3位P2．0～P2．2直接傳送，ALE的下降沿用來(lái)鎖存外部地址，并用PSEN作為外部EPROM的選通信號(hào)。溫度曲線的設(shè)定值和可控硅每秒導(dǎo)通脈沖數(shù)存放于8051的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中。
當(dāng)內(nèi)部存儲(chǔ)器被選中，取出下一組溫度值時(shí)，同時(shí)輸出下一組預(yù)置的每秒導(dǎo)通脈沖數(shù)，經(jīng)鎖存器74LS273送往由2片CD40192級(jí)連后組成的預(yù)置計(jì)數(shù)器，進(jìn)行預(yù)置計(jì)數(shù)，當(dāng)CD40192的PE端為“0”時(shí)，鎖存于74LS273中的預(yù)置數(shù)即置于CD40192中，CD40192開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)滿預(yù)置數(shù)時(shí)，計(jì)數(shù)器清零，并發(fā)出一個(gè)控制信號(hào)，送入過(guò)零觸發(fā)器使可控硅截止。
可控硅過(guò)零觸發(fā)器每秒只導(dǎo)通預(yù)置脈沖數(shù)，當(dāng)要求導(dǎo)通時(shí)，在電源過(guò)零點(diǎn)前就發(fā)出一個(gè)控制信號(hào)，使大功率雙向可控硅在電源過(guò)零處導(dǎo)通。
熱電偶采集的溫度模擬信號(hào)由ADC0809經(jīng)P1口送入8051進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)測(cè)溫度與設(shè)定溫度比較后的偏差值，經(jīng)接口芯片8255送往顯示器進(jìn)行溫度顯示。
3 程序設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件主要由主程序模塊、A／D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊組成。
主程序模塊和A／D轉(zhuǎn)換模塊程序流程圖如圖2和圖3所示。
在程序運(yùn)行過(guò)程中，8051的定時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)貫穿整個(gè)過(guò)程，在時(shí)鐘控制下經(jīng)軟件分頻即可求出延時(shí)10 s所需的循環(huán)次數(shù)，每循環(huán)一次就向時(shí)間累計(jì)單元加1，在時(shí)間循環(huán)過(guò)程中的延時(shí)段內(nèi)，可以調(diào)用其他子程序去完成其他操作，當(dāng)達(dá)到10 s或20 s定時(shí)時(shí)間，通過(guò)設(shè)立標(biāo)識(shí)來(lái)識(shí)別采樣時(shí)間間隔。
4 總 結(jié)
本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單靈活，其特點(diǎn)是預(yù)設(shè)溫度曲線值可以存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中，系統(tǒng)按照此預(yù)定值調(diào)節(jié)溫度，改變預(yù)設(shè)溫度曲線以及相應(yīng)的軟件，從而適應(yīng)不同的工藝要求，具有通用性。
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