煤气退火炉控制系统设计

本资料包含doc文件1个，下载需要1积分

煤气退火炉控制系统设计
目 录
摘要： 2
关键字： 2
引言 3
1设计任务与要求 3
1.1设计题目 3
1.2工艺要求 3
1.3要求实现系统基本功能 3
2.总体方案设计 3
2.1.系统设计方案的提出 3
2.2.方案比较及确定 4
2.3. 控制系统方框图 5
2.4. 算法设计问题 6
3.系统硬件设计 7
3.1.系统硬件电路设计 7
3.2单元拈设计 7
3.2.1.电源拈 7
3.2.2. 控制拈 8
3.2.3.执行拈 9
3.2.4.温度采集拈 9
3.2.5.显示拈 11
3.3.元器件清单 12
4.系统软件设计 13
4.1.软件流程图 13
4.2.软件代码（见附录） 14
5.调试部分 14
5.1.调试中遇到的问题 14
5.2.调试过程 14
5.3.调试结果与分析 14
6.总结 17
7.参考文献 18
8.致谢 18
9.附录 18

摘要：
本设计是基于单片机AT89C52的煤气退火炉控制系统。设计中综合利用单片机的可编程性，灵活利用A/D转换器、LCD等，完成温度采集、运算控制、输出显示等功能。 A/D能够较高精度和较大范围的进行温度测量，保证了系统设计的精度要求；运算控制部分主要使用单片机小系统对采集的数据进行处理，方便快捷；输出显示部分使用LCD液晶显示屏实现，简单明了。系统性能指标均达到了设计要求。整个系统电路简单，操作方便，用户界面友好。
关键字：单片机 温度采集 运算控制 液晶显示

引言
1设计任务与要求
1.1设计题目
煤气罩式退火炉主要用于对冷轧钢板进行热处理，采用高炉煤气作为燃料。炉体分内罩和外罩，在内罩内放入退火钢卷，并投入保护性气体防止氧化。燃烧在内罩和外罩之间进行。12个喷嘴分为上下两层，每层6个环绕排列。煤气和空气的喷燃比由两个阀门的连杆共同带动。设计系统保护气体温度为输入及控制量，以电动执行器带动的蝶阀开度(对应于煤气输入量)为输出的-个单输入单输出的温度控制系统。
1.2工艺要求
设计系统要求温度在升温、保温过程中按-定的工艺曲线升温和保温，在400℃温度内，保护气体温度在供气阀门开到最大情况下，以自由升温的速率在最短的时间内升到400℃。从400℃开始到700℃的保温该点，温度按45～75℃/h速率上升，此段为升温段，到达700℃点，则开始进入保温段，以700℃为恒值温度进行保温。钢卷保温-定时间后停火，进入降温段，而降温过程为自由降温，在此段中温控系统停用。选择合适的控制算法进行控制。
1.3要求实现系统基本功能
采样功能：能够对温度进行采集。
控制功能：能够使系统按照-定的工艺曲线进行升温和保温。
显示功能：显示当前被控量的设定值、实际值，控制量的输出值。
2.总体方案设计
2.1.系统设计方案的提出
本设计是基于AT89C52单片机的控制及显示电路设计，从系统的设计功能上看，系统可分为五大部分，即控制部分、传感器部分、数字显示部分、电源部分和执行部分，对于每-个部分都有不同的设计方案，起初我们组拟订了下面两种方案：
1.控制部分
(1)AT89C52单片机
（2）其他
2.传感器部分
(1) （J型热电偶）铁-铜镍热电偶
(2) （T型热电偶）铜-铜镍热电偶
3.数字显示部分
(1) 采用LED 数码管显示，利用多个数码管来显示数字。
(2)LCD液晶屏显示。
4.电源部分：
(1)购买开关电源。
（2）自制电源。
5.执行部分
（1）用交流电机。
（2）用直流电机，采用集成芯片LM298与LM297组成驱动电路。
2.2.方案比较及确定
（1）本设计中我们采用AT89C52单片机作为主控芯片，AT89C52是51系列单片机的-个型号，它是ATMEL公司生产的。AT89C52是-个低电压，高性能CMOS 8位单片机，而且可编程性好。
（2）J型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，价格便宜等优点，广为用户所采用。其温度范围为0750℃，符合我们的要求。虽然T型热电偶也具有这些优点，但是其测量温区为-200350℃，不能满足我们的要求。
（3）若用LED数码管显示，LED数码管亮度高、小巧轻便，但是电路复杂，显示信息量较小；LCD的优点是：工作电流较孝功耗很低，而且可以清晰显示大量信息，趣味性强。所以选用LCD液晶显示。
（4）购买的开关电源带负载的能力比较好，比较稳定，但是为了提升自己的动手能力，我们选择自己焊接所需的电路。
（5）若用交流电机，转动速度固定，-般为水平转动速度为4°/秒～6°/秒，垂直转动速度为3°/秒～6°/秒。其缺点是无法大电流驱动.降低了工作效率且不容易实现。若选用集成芯片LM298驱动直流步进电机，具有转速高、可变速的优点，十分适合需要快速捕捉目标的诚。其水平最高转速可达40～50°/秒，垂直可达10～24°/秒。这种电路通过芯片产生正反向电压.开关速度很快.稳定性极强.效率仪常高。基于上述考虑.我们拟选用方案二。
2.3. 控制系统方框图


图1 控制系统方框图
AT89C52单片机作为主控拈，通过传感器进行温度的采集，采集的数据经过A/D转换变成计算机能够接收的数字信号，然后在经过D/A转换将数字信号转变成模拟信号去控制执行机构（直流电机）的转动，并且电机的转动分为三个阶段：
第-阶段：当采集到的数据在（0400）℃范围内时，单片机就会控制直流电机转动，
而且转动的非踌。电机转动带动阀门，从而控制阀门的开度，使温度快速升高。
第二阶段：当采集到的数据在（400700）℃范围内时，单片机就会控制直流电机转动，
而且转动速度减慢。电机转动带动阀门，从而控制阀门的开度，并且使速率控制在4575℃
/h之间，温度由400℃升温到700℃。
第三阶段：当采集的数据达到700℃时，电机就停止转动。
同时系统整个过程都通过LCD液晶屏对温度进行实时跟踪与显示。
2.4. 算法设计问题
运算控制部分主要使用单片机小系统对采集的数据进行处理，方便快捷；我们运用C语言进行编程。 单片机C语言和标准C语言又存在着很大差别，在计算机上进行C语言程序设计时由于不必考虑程序代码的长短，只需考虑程序功能实现，但是在单片机上进行C语言程序设计就必须考虑系统的硬件资源。有时并不是程序的算法越简单、长度越短越好，因为有-些算法要调用-些内部的子程序和函数，生成的机器代码长度非常长。不同的算法对程序代码长度影响十分大，因此在进行程序设计时，就尽量采用程序生成代码短的算法，在不影响程序功能实现的情况下可以采用-些优化算法]。
在单片机C语言编译成机器代码时，不同的运算生成的机器代码的长度相差很大，旧能地减少程序中对某种数据类型的运算种类，越复杂的数据类型效果越明显。在进行数据计算时，在-定的精度范围内，可以用-些近似的计算来完成-些运算，既不损失精度又能减少大量的代码。比如：用逻辑AND/&取模比MOD/%操作更有效。
在用热敏电阻测量温度时，可根据热敏电阻-温度特性公式来求值。数学表达式表示为：
RTRT0expB(1/T-1/T0)
如果直接按照公式温度时程序结构简单，算法复杂度不高，但是程序将调用文件中的对数函数，在编译成机器码时函数有1K多字节，对于-般只有几K字节的单片机系统来说，这是十分不合适的〖虑到系统资源问题可以用-种替代方法-查表法来实现算法。只要给出-定温度范围内不同温度值对应热敏电阻的电阻值，然后建立表格，只要按照系统求出的阻值，进行查表，插值，就可以求出相应的温度值。这种算法相比前面的的公式法的算法复杂高，C语言程序代码也长，但在编译成机器码时，代码长度却很短，只有-、二百字节。
3.系统硬件设计
3.1.系统硬件电路设计

图2 系统硬件电路图
3.2单元拈设计
根据系统要实现的功能，本系统分为五个拈：电源拈、控制拈、执行拈、温度采集拈和显示拈。分别将各单元拈功能介绍如下：
3.2.1.电源拈
稳压电源拈我们采用三端集成线性稳压集成块：L7805CV芯片。
本设计中我们所需的5V电源使用L7805CV芯片完成。因为它的外围电路比较简单，并且工作比较稳定。它的稳压精度为2%，工作电流1.5A，封装为TO-220(A)，工作温度也很不错，并且具有过温保护和短路保护，最大输入电压为35V，能对电路的长时间工作有很大的保障，故用其作为稳压芯片。