温度控制系统(计算机控制课设)要点.pdf
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1、中 北 大 学 课程设计任务书 2012/2013 学年第一学期 学院:信息与通信工程学院 专业:自动化 学 生 姓 名:学 号:09050542 课程设计题目:温度程序控制系统设计 起迄日期 : 2013 年 1 月 7 日2013 年 1 月 18 日 课程设计地点:中北大学 指导教师 :张艳兵张秀艳 系主任:王忠庆 下达任务书日期: 2013年 1 月 7 日 课 程 设 计 任 务 书 1设计目的: 设计一个计算机温度程序控制系统,可以对电阻炉的温度进行实时检测和控制。通 过设计,掌握数据采集系统、实时控制系统的设计原理、设计步骤,进一步提高综合运 用知识的能力。 2设计内容和要求(包
2、括原始数据、技术参数、条件、设计要求等): (1) 设计数据采集电路,对电阻炉的温度进行实时数据采集,要求温度的测量范围 是:0200,精度为 1。 (2) 设计控制和驱动电路,实现炉温的自动控制,使其最终稳定在150。 (3) 选择控制算法,编写控制程序。 (4) 写出设计说明书。 3. 设计工作任务及工作量的要求(包括课程设计计算说明书、图纸、实物 样品等) : (1)查阅资料,确定设计方案 (2)选择器件,设计硬件电路,并画出原理图和PCB 图 (3)画出流程图,编写控制程序 (4)撰写课程设计说明书 课 程 设 计任 务 书 4主要参考文献: 1、李朝青 . 单片机原理及接口技术 .
3、北京:北京航空航天大学出版社,2005 2、张艳兵、赵建华、鲜浩 .计算机控制技术 . 北京:国防工业出版社,2008 3 、袁保生 .Protel99SE电路设计实验指导 . 太原:中北大学, 2010 4、 胡锦、蔡谷明、梁先宇 . 单片机技术使用教程 . 北京:高等教育出版社,2003. 5、李勋 . 单片机实用教程 . 北京:北京航空航天大学出版社,2000. 6、李晓莹 . 传感器与测试技术 . 北京:高等教育出版社 ,2004. 5.设计成果形式及要求: 课程设计说明书1份 原理图和 PCB图各 1 份 程序清单 1 份 6工作计划及进度: 起 迄 日 期工作内容 2013 年 1
4、 月 7 日 1 月 8 日 1月 9 日 1 月 11 日 1月 12 日 1 月 14 日 1 月 15 日 1 月 16 日 1 月 17 日 1 月 18 日 查阅资料,确定设计方案 设计硬件电路 画出流程图,编写控制程序 撰写课程设计说明书 课程设计答辩 系主任审查意见: 签字: 年月日 基于单片机的电炉温度检测、控制系统 摘要: 本文主要解决对电炉的温度进行实时检测和控制的问题。采集电炉的温度, 并控制在一定的温度。 一 原理 电炉温度控制系统是闭合的反馈系统。温控系统主要由温度传感器、 温度调 节仪、执行装置、被控对象四个部分组成,其系统组成框图如图1 所示。被控制 对象是大容量
5、、 大惯性的电炉温度对象, 是典型的滞后环节, 在这里近似为包含 有纯滞后的一阶滞后; 由于被控对象电容量大, 通常采用可控硅作调节器的执行 器, 图 1 温度控制系统结构图如下: 图 2 电 炉 温 度 温度传感器I/V 单 片 机 D/A A/D PWM 光耦 控制执行装置被控对象 温度传感器 被控参数 二硬件电路设计 1. 传感器的选择 (1)铂金电阻 Pt100具有高精度、高稳定、宽泛的工作温度范围。测温范 围为-200850。Pt100 只需经适当的数据处理就可传输、显示并记录温度输出。 常温下, Pt100的热敏电阻阻值与温度成正比,设计时只需将已知电流通过热敏 电阻就可得到与温度
6、成正比的输出电压,再根据电阻-温度关系,计算出被测温 度值。 (2)查询资料, XTR101 是一款集成的电压 / 电流转换器,接收各类传感器 传输的小信号,并转换成标准的4mA20mA 的二线制电流输出。 XTR101是以电流 形式传输信号的, 因此不受远距离传输线阻抗压降的影响,并对其他设备的噪声 具有高抗干扰性。它将热电偶信号(温度信号)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。 XTR101 转换温度信号的典型电路如下: 图 3 (3)RCV420 是一种精密电流 /电压变换器,它
7、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。 RCV420 工作电路如下: 图 4 2.A/D 转换电路 1) ADC0809芯片: ADC0809 是带有 8 位 A/D 转换器、 8 路多路开关以及微处理机兼容的控制逻 辑的 CMOS 组件。它是逐次逼近式A/D 转换器,可以和单片机直接接口。 (1)ADC0809 的内部逻辑结构 由下图可知, ADC0809 由一个 8 路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个 A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通
8、8 个模拟通道,允许8 路模拟量分时输入, 共用 A/D 转换器进行转换。 三态输出锁器用于锁存A/D转换 完的数字量, 当 OE端为高电平时, 才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 图 5 (2)ADC0809 引脚结构 ADC0809 各脚功能如下: D7-D0:8 位数字量输出引脚。 IN0-IN7 :8 位模拟量输入引脚。 VCC :+5V工作电压。 GND :地。 REF (+) :参考电压正端。 REF (-) :参考电压负端。 START :A/D转换启动信号输入端。 ALE :地址锁存允许信号输入端。 (以上两种信号用于启动A/D 转换) . EOC :转换结束信号输出引脚
9、,开始转换时为低电平,当转换结束时为高电平。 OE :输出允许控制端,用以打开三态数据输出锁存器。 CLK :时钟信号输入端(一般为500KHz ) 。 A、B、C:地址输入线。 ALE为地址锁存允许输入线,高电平有效。当ALE线为高电平时,地址锁存与译 码器将 A,B,C三条地址线的地址信号进行锁存,经译码后被选中的通道的模拟 量进入转换器进行转换。 A,B和 C为地址输入线,用于选通IN0IN7 上的一路 模拟量输入。 ST为转换启动信号。当ST上跳沿时,所有内部寄存器清零;下跳 沿时,开始进行 A/D 转换;在转换期间, ST应保持低电平。 EOC 为转换结束信号。 当 EOC 为高电平
10、时,表明转换结束;否则,表明正在进行A/D 转换。 OE为输出 允许信号,用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE 1,输 出转换得到的数据; OE 0,输出数据线呈高阻状态。D7 D0为数字量输出线。 CLK为时钟输入信号线。因ADC0809 的内部没有时钟电路,所需时钟信号必须由 外界提供,通常使用频率为500KHZ 。VREF () ,VREF ()为参考电压输入。 3.D/A 转换电路 1)DAC0832 芯片:DAC0832 是采样频率为八位的D/A 转换芯片, 集成电路内有两 级输入寄存器, 使 DAC0832 芯片具备双缓冲、 单缓冲和直通三种输入方式,以便 适于各
11、种电路的需要 ( 如要求多路 D/A 异步输入、同步转换等 )。所以这个芯片的 应用很广泛 , 关于 DAC0832 应用的一些重要资料见下图: 图 6 D/A 转换结果采用电流形式输出。若需要相应的模拟电压信号,可通过一个高输 入阻抗的线性运算放大器实现。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电 阻,也可外接。 DAC0832 逻辑输入满足 TTL电平,可直接与 TTL电路或微机电路 连接。 2)DAC0832 引脚功能说明: DI0DI7:数据输入线, TLL电平。 ILE:数据锁存允许控制信号输入线,高电平有效。 CS :片选信号输入线,低电平有效。 WR1 :为输入寄存器的写选通信号
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