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毕业设计译文

DesignandResearchonNewIntelligentTemperatureControlSystemforStove

SystemDescription

Temperatureisoneofthemostimportantvaluesofanobjecttodescribeitscharacteristics．Itconnectscloselywithourdailylife，anditisalsooneofthecommonusedfourphysicalvalues，theyaretemperature，pressure，fluxandposition．Itisalsooneofsuchphysicalmeasuresthatwereearliestdiscussedbypeople．Itsmeasuringandadjustingare

veryimportantforcontrollingproductquality，improvingproductionefficiencyandacceleratingthedevelopmentofnationaleconomies．Atemperaturecontrolsystemofanelectricalresistorstovewasdesignedinthispaper．

ThesystemusesIntel8031MCUasmainchiptosample，processanddisplaythetemperaturedata，toadjustthestovetemperatureandtogivealarmwhenthetemperatureexceedsthegiventhreshold．Thesystemaccomplishesthetemperaturecontrollingforelectricalresistorstoveandletthetemperaturevaryingaccordingtoagiventermperaturecharacteristic．

2TheSystemHardware

2．1Consistingofthehardware

Thesystemcanbedividedintotwopartsaccordingtotheirfunctions，datasamplingpartandsystemcontrollingpart．Datasamplingpartconsistsoftemperaturesensors（thermocoupleTC），amplifiersDWB，dataprocessinganddisplaying．Systemcontrollingpartiscomposedofzeropointdetecting（ZPD），bi—directionSCR（hi—SCR）andheatingresistors，ThediagramofthesystemisillustratedasFig.1

Fig．1Thediagramofthesystemhardware

Inthesystemnickel—chrome/nickel-leadthermoeoupleactsastemperaturesensor．ThedetectedsignalissenttoDWBandisconvertedto0～5Vvoltagethererepresentingthetemperaturerangefrom400～1000℃throughadjustingthebias．ThenthevoltageisfedtoA/DconverterAD570tobedigitalized．

2．2A/DconvertercircuitsandtheinterfacewithMCU

AD570fromanalogdevicesisusedasA/Dconverter．TheAD570isan8-bitsuccessiveapproximationA/DconverterconsistingofaDAC，voltagereference，clock，comparator，successiveapproximationregisterandoutputbuffers，allfabricatedonasinglechip．Noexternalcomponentsarerequiredtoperformafullaccuracy8-bitconversionin25uswiththetoleranceof±l/2LSB．TheAD570acceptsanaloginputsof0Vto+10Vunipolaror±5Vbipolar，externallyseleetahie.

BecauseAD570occupiesthedatabusduringitsOutputtime，thatisfromdataoutputtothenextconvertingsignaliswithdrawn，AD570cannotbeconnectedwith8031MCUbusdirectly．SoanI/OinterfaceIntel8255Aisinsertedbetweenthem．

TheportAof8255isusedasdatainput，twopinsfromportC（PC0andPC1）asstartingsignalsfortwoAD570respectively．ThatisportAintheinputmode、andPC0isconnectedtoB/CpinofAD570．MCUworksininterruptmode．Inthemainprograminitialworktosetcontrolwordsisdoneatfirst．ThenclearPC0tostarttheconverting．TheDataReadyDRgoesdownwhentheconversioncompleted.。

TheinterruptingpinINTxalsogoesto0torequestaninterruptionfromMCU．IninterruptionprogramMCUwillreadtheconversiondatafromPortAof8255．

2．3Displayandalarmcircuitinterfaces

OnesingleIntel8155chipisadoptedastheinterfaceforbothdisplayingandalarmingcircuitsconnectingwith8031MCU．PortAof8155isusedaswordcontrolsignalfordisplaying，portBassevendigitalsegmentcontrolandtimer/counterasalarmcontrol．TheaudiosignalneededinalarmisproducedusingNE555timerconstructedasanoscilla-

tor．Theresetpinisconnectedto8155TMROUT．

GenerallyTMROUTishighandbecomeslowafterinversed．NE555oscillatorstopsworkingsothatthelampandthespeakeraredisabled．Ifthemeasuredtemperatureexceedsthegiventhreshold，8031MCUwillstartthe8155timerandlettheoscillatortowork，givesarhythmalarmsoundandaflashalarmlight．Theperiodsoftherhythmandflashcallbechangedbysettingtheperiodofthepulsesproducedby8155．

2．4Controlcircuits

Abi—directionSCRisusedforadjustingtheheatingpower．TheSCRisinserieswiththeACheatingpower．Thepoweradjustingisachievedbychangingtheheatingtimeinaheatingperiod．Forexample，duringtheheatingperiodtheresistorispoweredallofthetime，itiscalledfullloadheating．Iftheheatingtimeisonly50％oftheperioditiscalledhalfloadheating．andsoon．ThiscanbeeasilyaccomplishedbychangingtheworkingtimeofSCR．

InordertoexcitingSCRatthezeropointsofACpower，azerodetectingcircuitisdesignedandassuresthattheSCRstimulationissynchronizedwiththeACzeropoints．Thatwillreducetheharmonic

interference.

3TheAlgorithmofStoveTemperatureControl

Thecontrollingofthestovetemperatureisafeedbackadjustingprocess．Thetemperaturemeasuredbysensorswillbecomparedwiththedemandedtemperaturethatisgivenintothesystem．Theerrorsignalthenisobtainedandprocessed．Acontrolsignalisgotfromtheprocessingandusedtoadjusttheheatingtimeandthestrengthtocontrolthetemperatureofthestove．InindustrythiskindofcontrolisgenerallyknownasPIDcontrol．Itiswidelyusedinindustryprocesscontrollingandhasasatisfiedresultinmanycontrolfields．

TheidenlPIDdifferentialequationis

In

（1）errorvaluee（t）=r（t）+y（t）isastheinputsignaloftemperaturecompensator，ther（t）isthegivenvalue，andy（t）isthemeasuredvalue．Kpisthefactorofproportion；TiistimeconstantofintegrationandTdtimeconstantofdifferential．U（t）istheoutputvoltageoftemperaturecompensation.

Becausethecomputercanonlydealwithdigitalsignals，themathematicalequation

（1）mustbeconvertedtodifferenceequation．AssumethatthesampletimeoftemperatureisT，andtheerrorvalueforthenthsampleise，Theinputoftemperaturecornpensatorisu，sousingdifferenceinsteadofdifferential，suminsteadofintegrationthatis

Thedifferentialequation

（1）willbeconvertedintodifferenceequation

Inordertousingcomputertocalculatewefurtherwriteequation

（2）intoalliteratingform

Itisobviousthatthelastitemofequation（3）canbereplacedusing

，andrearrangetheitemswillget

where：

areintegrationfactoranddifferentialfactorrespectively．Eq．（4）isaniteratingform，thatisusingtwoformererrorvalues，thecurrenterrorvaluefromthesystem，theformerresultandthesystemfactors，thecurrentresuitcanbeeasilycalculatedusingEq．（4）．ThisalgorithmusingmainlythedataaccessingoperationsisespeciallysuitableforMCUsystem．

4TheDesignoftheSoftware

Thesoftwaresystemiscomposedofmainprogramandsevensubprogrammodules．Thisstructureisconvenientforcallingthesubroutinesand

modifyingtheparameters．Thesevensubroutinesaredatasampling，digitalfilter，scaleconverting，binarytodecimalconverting，alarmprogram，displayprogramandkeyboardscanningprogram.

Thedoublenestedinterruptmethodisusedinthesystem．ThefirstinterruptisrequestedbyTOforthesamplingperiods．DuringTOinterruptserviceA/Dconversionisstimulated．MCUwillwaitforreadingthetemperaturedatafromAD570，processingthedata，suchasdigitalfiltering，comparethethresholdandalarmingifnecessary，PIDcalcu-

latingandoutputtingthecontrolpulse．Thewidthoftheoutputcontrolpulseusedasthecontrolsignalforbi—directionSCRisproduceddynamicallybyT1timeraccordingtothecalculationresults，thatisthe

resultofuusingEq．（4）．WhilewaitingforthepulseMCUwillsendproceeddatatodisplaybufferandcontroltodisplaythem．Hereonlythemain

programandthePIDalgorithmsubroutinediagramsareshownasFig．2andFig．3respectively.

Fig．2Theflowchartofmainprogram

Fig．3TheflowchartofPIDprogram

ThePIDalgorithmprogramiswrittenaccordingtotheEq．（4）．Itcalculatestheerrorvaluebetweendemandedtemperatureandthemeasuredcurrenttemperaturevalue，usingiteratingalgorithmtogettheoutputvoltageU．ThecontrolstrategythatMCUoperatedtocontrolthebi-directionSCRwillmainlydependonthevoltage．

5Conclusion

Thepresentedstovetemperaturecontrolsystemaccomplishedthetemperatureadjustingaccordingtoagiventemperature—timerelationship．Itenhancetheaccuracyofstovetemperaturecontrol

andadequateforvaryingdemands．TheexperimentshaveshownthattheintelligentstovetemperaturecontrolsystemrealizedusingMCUmakethe

systemmoreflexibleandmoreaccuracy．TheMCUcontrolledsystemplaysaveryimportantroleinmultifunction，intelligentanddigitalizing．

新式智能温控炉的研究和设计

1系统描述

温度是描述一个物体特征的最重要的参数之一。

它跟我们的日常生活关系密切，它也是常有的4个物理量之一。

这4个物理量是温度、压力、动量、状态。

温度也是人们最后讨论的物理变量之一。

温度的测量和调节对控制生产质量、提高生产效率和加速国民经济的发展起到了非常重要的作用。

本文研究的是用电阻测量炉温的系统设计。

本系统使用8031单片机作为主控制器用，用它来对温度数据进行采样、数据处理、显示，调节炉温和当炉温超出限定值时发出报警。

该系统实现了电阻炉的实时温度控制，使温度根据给定的温度特性变化。

2系统硬件

2.1硬件组成

本系统根据其功能可分为两大部分，数据采样部分和系统控制部分。

数据采样部分由温度传感器（热电偶TC）、放大器DWB、数据处理模块和显示模块组成。

系统控制部分是由零点探测模块、双向可控硅和热敏电阻组成。

系统组成图如图一所示：

图1硬件系统组成图

在系统中用镍铬或镍铅热敏电阻作为温度传感器。

将检测到得信号发送到放大器转换成0～5V的电压。

这使得通过调整偏差，温度的调整范围在400～1000℃.然后电压信号被送到A/D转换器AD570，将信号转换成数字信号。

2.2A/D转换电路及与单片机接口

AD570是将模拟信号转换成数字信号的模/数转换器。

AD570是一个8位逐次逼近型A/D转换器。

它是集DAC，电压基准，时钟，比较器，逐次逼近寄存器和输出缓冲器几种功能于一体的一片独立芯片。

无需外部元件即可在25us内准确的转换偏差为±l/2LSB的8位完整的数据。

通过外部选择，AD570可接受0～10V单极性或者±5V的双极性模拟信号。

由于输出时AD570占用了数据总线，即一个数据输出到下一个转换信号被撤销的时候。

AD570无法直接与8031微控制器总线连接。

因此将单片机接一片外部I/O口扩展芯片8255A在接到AD570。

8255的A口用作数据输入，C口的两个引脚PC0和PC1分别接AD570的两个启动引脚，即PA口为输入模式，PC0接AD570的B/C引脚。

单片机工作在中断模式下。

在主程序中先对初始化工作字进行编写。

然后对PC0清0开始转换。

当数据转换完成后，数据准备DR清0.外部中断INTx引脚也跳为0，向单片机请求中断。

在中断程序中单片机将从8255的PA口读取转换数据。

2.3显示和报警电路接口

用一片8155芯片将显示和报警模块的电路与8031单片机相连。

8155的PA口用于显示的控制信号，PB口用于7个数字段控制和计时/计数器，通过控制计时/计数器来控制报警。

报警所需的音频信号是采用NE555定时器作为振荡器产生的。

复位引脚接在8155的TMROUT引脚上。

一般8155的TMROUT引脚为高电平，取反后就变成低电平了。

当NE555振荡器停止工作时显示报警灯和喇叭就不工作了。

如果测得的温度超过给定阈值，8031单片机将启动8155定时器，让振荡器工作，并发出有节奏的警报声和闪烁警示灯。

通过设置8155产生的脉冲周期，可以改变节奏周期和闪烁周期。

2.4控制电路

双向可控硅是用来调整加热功率。

双向可控硅和需调整的交流