PDF《MCS - 51 单片机炉温控制设计方法》

8155 的D0~D7 相接 ,8031 的ALE 与8155 的ALE 相连. 这样连接后 8155IΠ O 口的地址便为 :命令Π 状态寄存 器口 : FFF0H;

A 口:FFF1H;

B 口:FFF2H;

C 口:FFF3H;

定时器低

8 位:FFF4H;

定时器高

6 位及方式 口:FFF5H.8155 的B口PB0~PB7 经缓冲器后用于 LED 数码管的驱动 ,其PA0~PA5 经反相后用于位 驱动.由于篇幅限制 ,连接电路图省略. 温度检测和变送器的选择与被控温度和其精度 等级相关 ,本系统选用镍铬Π 镍铝热电偶作为检测元 件 ,它用于 0~10000 C 测量范围 ,相应输出电压为 0mV~41. 32mV ;

变送器由毫伏变送器和电流Π 电压 变送器组成 ,前者是把热电偶输出的 0mv~41. 32mv 变换成 0~10mA 的电流 ,后者用于把 0~10mA 的电 流转换成 0~5V 范围的电压.为提高精度还对变 送器进行零点迁移. 在设计中采用了 ADC0809 转换器 ,用线性选地 址方式 ,实行中断控制.

3 控制规律的选择 该系统采用常用的 PID 调节规律 : U(t) = K p

3 e (t) +

1 t ∫ t

0 e (t) dt + Td

3 de (t) dt , 其中 : E(t) = r(t) - y(t) 作为单片机的输入信号 (当然 通过 AΠ D) ,r(t) 是给定值.但由于单片机只能处理 数字信号 ,故用数字 PID 来表示 : U(n) = U (n - 1) + K p ( E(n) - E(n - 1) ) + KiE (n) + Kd[ E(n) - 2E(n - 1) + E(n - 2) ] 电阻炉常属于二阶对象和纯滞后环节 ,即大致 可以表达为 k (T1 s + 1) (T2 s + 1) e -τ s ,Ki 、 K p 、 Kd 往往需 借助于电阻炉的阶跃响应和经验值来获取.在实际 系统中往往还要根据电炉的实际滞后和干扰大小采 用主从双回路等较为复杂的控制系统.

4 控制程序的设计 软件包括两个方面 :一是初始化系统 ;

二是数据 采集并对采集所得的数据进行处理.这两方面的操 作分别在主程序和中断处理服务程序中来进行. 本系统采用外部振荡电路产生一定频率的时钟 信号 ,以信号发生器输出的方波信号的周期作为系 统的采样周期 ,并同时启动 T0 定时中断.中断服务 中启动 AΠ D 转换器(即ADC0809) ,读入采样数据 ,进 行数字滤波、 报警、 PID 计算 (使用浮点运算) ,然后 输出控制脉冲.脉冲宽度由 T1 计数器中断控制(其 初始值由 PID 算法模块输出提供) .在等待 T1 中断 时将本次采样的值转换成对应的温度通过 LED 进 行静态显示(调用显示子程序) .从T1 中断返回后 再从 T0 中断返回主程序并继续显示本次采样温度 , 等待下次 T0 中断.须注意保证在 T0 再次中断之前 T1 中断服务结束. 软件由主程序、 时钟中断服务程序、 数据采样程 序、 数据滤波程序、 上下限报警处理模块、 PID 算法 程序、 显示子程序等组成 ,程序采用摸块化的结构 , 这样程序结构清楚 ,易编性和易读性好 ,也便于调试 和修改 ,如图

2 所示 : 图2程序模块化框图 主程序流程图如图

3 所示. T0 中断服务程序 (入口地址为 000BH) ,如图

4 所示.

5 抗干扰措施 为防干扰 ,在系统中还采用 : (1) 用光电耦合器把各种模拟负载与数字信息 源隔离开来 ,也就是把模拟地和数字地断开 ,杜绝强 电脉冲通过 IΠ O 口串入单片机. (2) 阻容滤波网络来除去常态高频干扰 ,同时在 程序里还加入数字滤波程序. (3) AΠ D 数据采集采取

10 次算术平均 ,有效地 防止了误读数. (4) 为提高精度还对热电偶进行冷端温度补偿 , 对变送器进行了零点偏移. ・

0 4 ・ 信息技术2002 年第