精选优质文档-倾情为你奉上0 前言随着我国科学技术的不断发展，以及各种新技术新理论在工业中的应用，使我们的生活水平不断地提高。在钢铁、机械、石油化工、电力、工业炉窑等工业生产中，温度是极为普遍又极为重要的热工参数之一。通常温度控制是指对某一特定空间的温度进行控制调节，使其达到并满足工艺过程的要求。目前，电阻炉温度控制技术的发展日新月异。从模拟PID到最低控制、自适应控制，再发展到智能控制，每一步都使控制的性能得到改善。然而，当前电阻炉温度控制仍然存在着一些问题，主要是由于电阻炉是一个特性参数随炉温变化而变化的被控对象，炉温控制具有升温单向性、大惯性、大滞后、时变性的特点。例如，其升温单向性是由于电阻炉的升温保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却，当其温度一旦超调就很难用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确的模型和确定参数。针对以上电阻炉温度控制系统的特征，我选择模糊控制，并与自适应神经网络相结合。模糊控制理论日趋成熟，并且由于其基于人的逻辑推理、不依赖控制对象的精确数学模型这一特点体现了它巨大的优势和潜力。同时，从数学角度出发，它严格论证了模糊控制技术的可行性及优越性。不仅如此，模糊控制和PID的结合有了良好的结合基础，二者互补，成为控制技术智能化的发展方向。1 概述控制系统硬件电路的组成由同步过零检测电路、温度信号检测及可控硅触发电路、时钟芯片等组成，结构框图如图2-1所示，以单片机为核心，数据采集由铂电阻经补偿放大后送至A/D转换，调功部分由过零触发电路及可控硅完成。铂热电阻补偿放大A/D采样过零触发可控硅光电隔离过零检测电阻炉键盘看门狗液晶显示单 片 机AT89C52图1-1 系统硬件结构框图Fig.1-1 The structure diagram of hardware of system工作过程：当采样周期到达时，电阻炉内温度T由铂电阻检测转成电压信号，通过补偿放大后送入A/D模块，由A/D完成模/数转换后送至单片机，经数字滤波，线性化处理、标度变换后，经显示器由多种方式显示炉温并将数据存储进存储器，与设定温度进行比较后，再经软件实现的模糊控制器进行运算后将运算结果输出，输出的脉宽调制信号控制过零导通型固态继电器的通断比，从而改变固态继电器在一个固定控制周期内的导通时间，即改变电炉平均输入功率，从而控制了电阻炉的温度，使其逐渐趋于设定值且达到平衡，以此来达到控温目的。输出采用电热调功方式控制，执行器件固态继电器是带有光电隔离和过零触发电路的双向可控硅，输入TL电平信号可控制其导通和截止，在规定周期内控制加入电炉导通的交流周波来实现调节功率的作用。调功控制方式不仅减少对供电电网的非正弦干扰，提高电网功率因数，而且，由于该控制方式实质是时间量的离散输出(SOHZ交流电量，lom：为一个单位)，所以易于系统实现控制要求1。2 单片机基本系统基于单片机的电阻炉温度控制系统是一个典型的微机控制系统。在这里，单片机是整个控制系统的核心，通过接收软件可向系统的各个部分发出各种命令，对被测参数进行巡回检测，数据处理，控制计算，报警处理及逻辑判断等操作。单片机的选择直接影响到系统的功能及接口电路的设计等。因此，合理选择一种单片机是该控制系统设计的一个重要环节。2.1单片机的选型本系统采用ATMEL公司生产的单片机AT89C52系列单片机。ATMEL89系列单片机是ATMEL公司的8位Flash单片机系列。这个系列单片机的最大特点是在片内含有Flash存储器，因此，有着十分广泛的用途，特别是在便携式、省电和特殊信息保存的仪器和系统中显得更为有用。ATMEL89系列单片机是以8051为内核构成的，是8051系列单片机的兼容系列。AT89C52单片机主要由下面几个部分组成：1个8位中央处理单元（CPU）、片内Flash存储器、片内RAM、4个8位的双向可寻址I/O接口、定时器、1个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行接口、3个16位的定时器/计数器、多个优先级的嵌套中断结构，以及一个片内振荡器和时钟电路。2.1.1 89系列单片机的特点1）内部含Flash存储器由于内部含Flash存储器，因此在系统的开发过程中可以十分容易地进行程序的修改，这就大大缩短了系统的开发周期。同时，在系统工作过程中，能有效地保存一些数据信息，即使外界电源损坏也不影响信息的保存。2）和80C52兼容89系列单片机的引脚和80C52是一样的，可直接用相同引脚的89系列单片机取代80C52。3）静态时钟方式89系列单片机采用静态时钟方式，所以可以节省电能。4）可反复进行系统实验用89系列单片机设计的系统，可以反复进行系统实验，每次实验可以编入不同的程序。这样可以保证用户的系统设计达到最优。而且随用户的需要和发展，还可以进行修改，使系统能不断追随用户的最新要求。AT89C52是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机。片内带有一个8KB的Flash可编程、可擦除只读存储器（EPROM）。它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器（NURAM）技术，而且其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容、片内的Flash存储器允许在系统内改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。因此，AT89C52是一种功能强、灵活性高，且价格合理的单片机，可方便地应用在各种控制领域。基于上述这些特点，这里选择AT89C52单片机作为控制核心2。2.1.2 AT89C52单片机的主要性能1）8KB可改编程序Flash存储器（可经受1000次的写入/擦除）。2）全静态工作：0Hz24MHz。3）3级程序存储器保密。4）2568字节内部RAM。5）32条可编程I/O线。6）3个16位定时器/计数器。7）8个中断源8）可编程串行通道。9）片内时钟振荡器。另外，AT89C52是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0Hz，并提供两种可用软件来选择的省电方式：空闲方式（Idle Mode）和掉电方式（Power Down Mode）。在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。而在掉电方式中，片内振荡器停止工作。由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，故只保存片内RAM中的内容，直到下一次硬件复位为止。2.2AT89C52的引脚及其主要功能AT89C52有双列直插封装（PDIP）和方形封装（PLCC）两种封装形式。这里采用PDIP封装的片子，其引脚如图2-1所示：其引脚的主要功能如下：1)主电源引脚VCC(引脚号40)：芯片电源端，接+5V。GND(引脚号20)：电源接地端。AT89C52图2-1AT89C52DIP方式的引脚结构图Fig.2-1The pin structure figure of AT89C52 in DIP mode 2)外接晶体引脚XTAL1和XTAL2XTAL1（引脚号19）：接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端。当采用外部振荡器时，此引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。XTAL2（引脚号18）：接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部，它是上述内部振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。3)控制或与其他电源复用引脚、RST、/VPP（引脚号30）：当访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器， ALE端仍以不变的频率（此频率为振荡器频率的1/6）周期性地出现正脉冲信号。（引脚号29）：外部程序存储器读选通信号。当AT89C52从外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期内，两次有效（即输出2个脉冲）。但在此期间内，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。RST（引脚号9）：复位信号输入端。振荡器工作时，在该引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。/VPP（引脚号31）：外部访问允许端。要使CPU只访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），则端必须保持低电平（接到GND端）。当端保持高电平（接Vcc端时），CPU则执行内部程序存储器中的程序。在Flash存储器编程期间，该引脚也用于施加12V的编程允许电源Vpp（如果选用12V编程）。4)输入/输出引脚P0口（引脚号3239）：P0口是一个8位漏极开路型双向I/O端口。作为输出口用时，每位能以驱动8个TTL输入，对端口写1时，又可作为高阻抗输入端用。在访问外部程序和数据存储器时，它是分时多路转换的地址（低8位）/数据总线，在访问期间，激活了内部的上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1口（引脚号18）：P1口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流的方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在对Flash编程和程序效验时，P1口接收低8位地址。不同的是P1.0和P1.1还可以分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）参见表2-1。表2-1P2个端口引脚与复用功能Tablet.2-1The function of P2 port pin 引脚号 功能特性P1.0 T2（定时/计数器2的外部计数脉冲输入），时钟输出P1.1 T2EX（定时/计数器2捕获/重装载触发和方向控制）P2口（引脚号2128）：P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流的方式）4个TTL输入。对端口P2写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P2口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行MOVXDPTR指令）时，P2口送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRI指令）时，P2口上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。在对Flash编程和程序校验时，P2口接收高位地址和一些控制信号。P3口（引脚号1017）：P3口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流的方式）4个TTL输入。对端口P3写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在AT89C52中，P3口还用于一些复用功能。复用功能如表2-2所示。在对Flash编程和程序效验时，P3口接收高位地址和一些控制信号。表2-2P3个端口引脚与复用功能Tablet.2-2The function of P3 port pin 端口引脚 复用功能P3.0 RXD：串行输入口P3.1 TXD：串行输出口P3.2 （外部中断0中断请求输入端）P3.3