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1、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。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，输出为电加热炉的温度。输入和输出的传递函数为：G(s)=2/(s(s+1))。控温围为100~500℃，利用PID控制算法进行温度控制。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单片机控制实
2、现。图1..1温度控制系统的组成框图三．温度控制系统结构图及总述图1.2温度控制系统结构图图中由4~20mA变送器，I/V，A/D转换器构成输入通道，用于采集炉的温度信号。其中，变送器选用XTR101，它将热电偶信号（温度信号）变为4~20mA电流输出，再由高精密电流/电压变换器RCV420将4~20mA电流信号变为0~5V标准电压信号，以供A/D转换用。转换后的数字信号送入AT89C51单片机中与与炉温的给定值进行比较，即可得到实际炉温和给定炉温的偏差，其偏差被PID程序计算出输出控制量。由AT89C
3、51输出电信号送至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.AT89C51介绍AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器
4、组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。2.SCR触发回路和主回路图2.1SCR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
5、一半周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导通的时间，达到调压的目的。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，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
6、电势：E(100,20)=E(100,0)-E(20,0)=4.096mV-0.798mV=3.298mVE(200,20)=E(200,0)-E(20,0)=8.138mV-0.798mV=7.34mVE(300,20)=E(300,0)-E(20,0)=12.209mV-0.798mV=11.411mVE(400,20)=E(400,0)-E(20,0)=16.397mV-0.798mV=15.599mVE(500,20)=E(500,0)-E(20,0)=20.644mV-0.798mV=19.8
7、46mV4.I/V转换器RCV420RCV420是一种精密电流/电压变换器，它能将4~20mA的环路电流变为0~5V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0℃~70℃的工作温度围，输入失调电压<1mA，总的变换误差<0.1%，电源电压围±5~±18V。5.4~20mA变送器XTR101XTR101为4~20mA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
8、测温围，在-40℃~+85℃的工作温度，传送电流的总误差不超过1%，供电电源可以从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。6.定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，时钟频率围在10~1280kH
