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1、毕 业 设 计 论 文题 目 基于以太网的电热炉温远程控制系统设计 （院）系 电气与信息工程系 专业 自动化 班级 0103 学号 0101110302 学生姓名 阳 春 美 导师姓名 刘 国 繁 完成日期 2005年6月18日 湖南工程学院毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目： 基于以太网的电热炉温度远程控制系统 姓名 阳春美 系别 电气与信息工程系 专业 自 动 化 班级 0103 学号 02 指导老师 刘 国 繁 教研室主任 唐 勇 奇 一、 基本任务及要求：本课题的基本任务是研究基于以太网的炉温远程控制系统设计。，能远距离对电热炉的温度实施有效控制。主要技术要求：温控器以单片机为核
2、心；恒温值设定范围：6001000；精度等级：0.5级；显示位数：4位；能与以太网直接连接，能远程设置控制参数和上传控制参数和实际温度等数据；控制策略采用PID控制、模糊控制或二者结合。主要设计内容：总体方案设计；硬件设计；控制算法设计；软件设计。侧重于控制算法和软件设计。 二、 进度安排及完成时间：查阅资料，确定总体方案，完成选题报告及文献综述初稿。3周。 总体方案设计。2周。 确定硬件、软件的结构，拟定关键算法。1周。 控制算法详细设计。2周。 设计软件程序，调试。4周。 撰写毕业设计说明书，整理文档资料，答辩。3周。 目 录摘要Abstract第1章 绪论1 1.1选题的背景与意义1 1
3、.2 相关知识简介2 1.2.1 BL2OOO简介2 1.2.2 Dynamic C概述2 1.3 课题发展现状与前景展望4第2章 系统总体方案的确定5 2.1系统设计的要求5 2.2 总体方案的确定5 2.3嵌入式WebServer讨论 7第3章 系统硬件电路设计10 3.1系统硬件的总体结构设计10 3.2系统硬件子模块的设计10 3.2.1 BL2000的硬件结构11 3.2.2温度检测元件和变送器设计12 3.2.3 温度控制电路设计13第4章 温度控制算法设计154.1 PID计算程序154.2 PID参数的整定18 4.2.1 PID参数与系统控制性能18 4.2.2 采样周期T的
4、确定19第5章 基于Dynamic C的系统软件设计21 5.1 温度控制程序设计21 5.2 Web服务程序设计23 5.3 HTML页面设计29 5.3.1 温度显示页30 5.3.2 参数配置页30结束语33参考文献34致谢35附录A BL2000程序36附录B 网页源程序40 B.1 温度显示页面程序40 B.2 参数配置页面程序40基于以太网的电热炉温度远程控制系统摘要：本课题的基本任务是研究基于以太网的电热炉温远程控制系统设计。能远距离对电热炉的温度实施有效控制。系统主要由被控对象（电热炉）、温度控制器和客户浏览器三部分组成。在被控对象和温度控制器之间设置过程控制接口，过程控制接口
5、包括温度检测装置和调功器，温控器由单板机BL2010构成，完成接收客户端的请求和温度控制的功能。温度控制采用PID控制策略。BL2010通过自身的以太网接口与网络连接。客户浏览器完成温度显示和参数设置的功能，通过以太网，将设置参数（恒温值、PID参数）传送给BL2010，实现远程监控。关键字：以太网 ；远程控制 ；电热炉The Design of Electric Stove Temperature Long-distance Control System Based on EthernetABSTRACT: The fundamental task of this project is st
6、udying the electric stove longdistance control system design based on Ethernet ,which can implement effective control to electric stove in a long-distance way .The system is mainly make up of the passive object (electric stove)、temperature controller and visitor browser .Between passive object and t
7、emperature controller, there have set up a process interface, which embrace temperature examine installation and power regulator. The temperature controller is make up of single-board computer BL2000, finishing the function of receiving the request from the end of visitor browser and controlling tem
8、perature. PID tactics is adopted in temperature control .By means of the Ethernet interface of itself, BL2000 join together with network .Visitor browser fulfill the function of temperature display and setting up parameter ,by means of Ethernet, which convey the set parameter(constant temperature va
9、lue and PID parameter)to BL2000,accomplishing long-distance control .Keywords: Ethernet, Long-distance control, Electric stove第1章 绪论1.1 选题的背景与意义在工业生产过程中，加热炉温度的控制是十分常见的。一般的温度控制器大都功能简单、固定；只能修改一般的参数，不能根据实际环境修改控制程序，控制效果不甚理想。单片机采用互连网进行通讯与控制具有很好的应用价值，可开拓单片机和互连网应用的新领域。它可以很容易地实现远程的监视控制。同时单片机采用浏览起进行监控也将给软件的编
10、程带来极大的便利。互连网的技术大多应用在商业领域的信息传递，但目前也开始越来越多的向工业控制领域发展。单片机以其以及小、功能强、灵活可靠而广泛应用于工业控制和电器产品中，远程控制是其重要的内容之一。现在单片机也开始向互连网方向发展，以求实现远程控制。传统的实现单片机远程控制的方法一般是采用串行口RS232、RS485、和CAN总线等。如果将单片机与调制解调器连接，这样便可以与远程计算机进行通讯联系，形成一种新的远程控制方案。因而，根据现场实际，开发一种既照顾现场情况又考虑远程通讯的新的单片机控制方案将具有重大的意义2。 Wildcat为OEM设计者提供了低成本、高性能的单板计算机以实现以太网接
11、入。这些紧凑式板卡具有许多嵌入式控制和监视应用优点。所有的BL2000系列模块可以使用恰当的辅助硬件通过以太网/互连网进行编程和调试。带有10Base以太网口的系统可以直接通过网络或互连网进行控制和监视，能够对远端设备开发接口，能够提供网页服务，还能够发送E-mail.BL2000系列对于大系统来说作为一个具有网络功能的服务处理器也是非常理想的。BL2000系列的编程使用工业级的Z-Word的Dynamic C软件开发系统。动态C语言是基于Windows95/98/NT及Linux平台的Rabbit应用软件的完整开发系统，它作为应用程序运行于IBM-PC兼容机上，是Z-World公司为基于Ra
12、bbit微处理器的嵌入式系统而专门设计的C编译系统。动态C包含了所有低层的I/O驱动函数库，大大减轻了软件开发的工作量。它具有实时多任务内核，提供SOCKET级TCP/IP编程，支持各种网络协议（如HTTP、FTP、SMIP、PPP等）。应用动态C进行软件开发，无需仿真器和编程器，开发成本大大降低。另外，动态C直接对存储器进行编译，函数和库都是被动态的编译和连接的，因此具有极大的速度优势。本课题来源于工业发展的现实需要，可用于学生的综合实验、课程设计、毕业设计以及工程实践能力培养训练等实践性环节教学中，其学习和训练项目可选择多种，在学生学习有关计算机技术及计算机控制系统的基础上，通过参加系统的
13、一部分硬件、软件设计，以及系统的调试工作，培养学生综合运用计算机技术组成系统的调试设计能力，并给学生提供了运用所学控制理论知识，解决控制系统调试中出现的实际问题的机会。本课题所需课程很多，包括：单片机原理与接口技术、电子线路CAD、计算机控制技术、计算机网络、因特网技术、自动控制技术等。因此，对于本课题的研究可以更深刻全面的把所学知识融会贯通，对于自动化专业的学生是一个难得的实践。1.2 相关知识简介1.2.1 BL2000简介Wildcat为OEM设计者提供了低成本、高性能的单板计算机以实现以太网接入。这些紧凑式板卡具有许多嵌入式控制和监视应用优点，电路板尺寸为 3.43x4.15英寸，非常
14、适合系统集成。BL2000具有4种版本其中两种具有以太网接口，另外两种没有以太网接口所有BL2000都具有28个数字I/O(包含5或7个双功能模拟、数字输入)， 3个RS-232/485串行口， Rabbit2000 CPU（22.1MHz，128K的SRAM及256K的Flash(可扩展)，在板的单刀双掷继电器输出，LED显示，7个定时器，备用电池的时间/日期时钟。对于最常见的应用，BL2000和BL2020模块包含4通道12-位A/D输入，5通道双功能输入，以及2通道12-位D/A 输出。对于不需要高精度模拟数据采集的情况可以选用BL2010及BL2030 ，具有4通道10-位A/D输入，
15、7通道双功能输入，没有 D/A 输出。双功能输入是由软件设置的，可配置成模拟输入或带域值的开关量输入。所有的BL2000系列模块可以使用恰当的附助硬件通过以太网/互联网进行编程和调试。带有10Base以太网口的系统可以直接通过网络或互联网进行控制和监视，能够对远端设备开放接口，能够提供网页服务，还能够发送e-mail。BL2000系列对于大系统来说作为一个具有网络功能的服务处理器也是非常理想的。BL2000系列的编程使用已工业级的Z-World的Dynamic C®, Premier软件开发系统。1.2.2 Dynamic C 概述Dynamic C 是一个专门为Z-World产品创建的
16、集成的C 编译器、编辑器、链接器、装载器和调试器。它的设计是用来替代昂贵的电路仿真器，Dynamic C 允许您快速开发您的应用，加快产品投放到市场的时间。对于标准C来说，Dynamic C的改进和差异在于使得在功能强大的嵌入式系统上进行实时编程变得非常容易。 语言的扩展包括多任务和优先多任务的的构造，当供电失败时，能够保护写入变量， 能够写入到中断程序中去。标准C函数库，特定板的外围驱动，芯片外围设备，以及其他的性能以源代码的形式包含在Dynamic C中。完全支持汇编语言，在对时间要求较高的应用中，汇编代码可以方便的与C代码混用7。产品性能：(1)带单步编译、链接和目标下装的快速编译；(2
17、)全功能的源代码和/或 汇编级的调；(3)源代码库中的数百个函数和例题程序；对浮点运算和先验函数的快速支持；RS-232 和 RS-485 串行通信；模拟和数字I/O驱动；I2C,SPI, GPS, 加密, 文件系统 (在以前的版本中 )；(4)包括多任务和优先多任务的强大的语言扩展能力；在没有Dynamic C的时候可以利用装载应用程序将二进制映像装载到Z-World目标板中；通过使用库函数特殊形式创建“函数描述”块内容来创建自己的源代码库和扩展在线帮助；(5)生成程序使用最多512K的SRAM存储数据，使用512K的闪存或EPROM存储代码。Dynamic C 新特性：(1)堆栈语法跟踪-
18、在单步或断点程序停止时，能显示程序中函数调用路径。同时支持显示堆栈自动变量和参数的名称和值；(2)增强表达式监视-在键入结构体名字后，其值能够以树形结构显示。不在需要单独添加结构体各个成员；(3)执行跟踪-支持跟踪代码执行并且保存跟踪信息在宿主 PC 中。跟踪点可以是任何函数调用，任何一行 C 代码或用户设置的跟踪点。结果也可显示在跟踪窗口；持久的断点-当编辑模式和调试模式切换及文件被关闭并重打开，断点信息被保留。支持编译模式下设置断点；(4)运行目标锁定-如果程序没有被改变，允许不经编译和下载，重进编译模式。有助于当与目标通讯失效或目标程序崩溃恢复调试;(5)增强内存下传-程序单步 在每一行
19、 C 或汇编语句执行时，被改变的数据在 Memory Dump 窗口被以高亮或用户定义的颜色显示；(6)TCP/IP 提高-减少 TCP/IP 对 Root 内存的使用并提高 TCP/IP速度；(7)SMTP 认证-支持 E-Mail 服务器认证。1.3 课题发展现状与前景展望随着超大规模集成电路的发展及计算机软件技术和应用技术的日益成熟和完善，其正朝着以下方向发展：提高集成度；提高处理速度；增强功能；加强软件支持能力，提高性能价格比。温度控制电路广泛应用干社会生活的各个领域，如家电、汽车、材料、电力电子等，常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同。随着电子器件的发展，控制电路的形
20、式也多种多样，无论是神经网络，还是模糊控制，都属干人工智能领域，同PID结合以调节PID参数，适应温控系统非线性，干扰多，大时延，时变和分布变化的特点。神经网络采用自适应的方法，具有很强的鲁棒性，动态响应快。缺点是容易陷入局部最优。模糊控制适应大惯性和纯延滞后系统，不需要知道系统的精确信息，与神经网络结合，能向自适应的方向发展。实现温控系统的参数自调整，将线性控制与非线性相结合，使温度能满足用户的需要是温控系统的最终目的。在实际应用中，应该根据具体的应用场合、不同的加热对象和所要求的控制曲线和控制精度，选择不同的系统方法。单片机采用互连网进行通讯与控制具有很好的应用价值，可开拓单片机和互连网应
21、用的新领域。它可以很容易地实现远程的监视控制。同时单片机采用浏览器进行监控也将给软件的编程带来极大的便利。其应用于家电行业，实现对家电的智能控制和远程控制，是信息家电要实现的主要目标，也是“三网”（电话网、电视网、互连网）合一的重要组成部分，是当今信息技术研究的热点之一，具有重要的经济效益和社会效益，且具有良好的应用前景，如可以通过远程更改程序及远程单片机诊断实现新的控制功能，还可以与无连接，实现单片机的移动控制以及构成信息家电等5。企业需求的人才由理论型向实用型的转变，学生的动手能力培养就是一个很重要的环节，虽然市场上有各种各样的温度控制器买，但是缺少学生实践的功能，价格也很昂贵，此系统的开
22、发将会有很好的市场，不仅能用于教学，还可以用于工业生产中，可谓一举两得。第2章 系统总体方案的确定2.1 系统设计的要求本课题研究基于以太网的炉温远程控制系统设计。要求该控制系统能与以太网直接连接，作为一个网络节点与其他节点通信，能远距离对电热炉的温度实施有效控制。主要设计内容为：控制系统的结构设计、控制系统的硬件原理设计、通信方案的设计与实现、控制系统软件设计。主要技术要求：（1）温控器以单片机为核心；（2）恒温值设定范围：600-1000；（3）精度等级：0.5级；（4）显示位数：4位；（5）能与以太网直接连接，能远程设置控制参数和实际温度等数据；（6）控制策略采用PID控制、模糊控制或二
23、者结合。2.2 总体方案的确定本次课题的基本任务是研究基于以太网的炉温远程控制系统设计，能远距离对电热炉的温度实施有效控制。即控制现场与以太网连接，远程设置控制参数和上传控制参数和实际温度等数据。于是有以下图2.1的客户机/服务器模型。图2.1 客户机/服务器模型客户机/服务器的程序设计模式在网络程序中被大量的应用，本系统也采用这种设计方法。这种设计模式整个系统分为两大部分服务器部分和客户机部分。客户机向服务器提出请求，服务器对请求做相应的处理，将结果返回给客户机。Web服务器一方作为主机，客户机一方作为从机16。在系统中，当用户在远程客户机上打开浏览器程序（Microsoft Interne
24、t Explorer），并在浏览器中输入指定IP地址（如http:/202.197.240.100）,浏览器便向该地址指向的Web服务器发出请求，通过网络传输，送到与控制现场连接的Web服务器，也即IP地址指向的Web服务器。Web服务器接到浏览器的请求后，把URL转换成页面所在服务器上的文件路径名，把指向的HTML文档及用户编写的一些小应用程序（applet）、如CGI或ASP等程序送到浏览器，在浏览器所在机器上显示和执行。涉及到本课题，采用BL2010单板机实现，正如前面所述，BL2010是一嵌入式控制器，自身带有 RJ-45的10BASE-T以太网接口，可以直接与以太网相连，非常方便。整
25、个系统的工作流程如图2.2 所示。而Web服务器程序用Dynamic C语言编写，利用其内嵌的TCP/IP 协议栈，实现了网络通信的系统设计。系统以嵌入式 Webserver 技术为基础，结合Rabbit 2000 的网络通信功能，利用现有的以太网技术(如HTTP、CGI 等)，将采集到的现场数据通过网页的形式，提供给远程用户使用。该系统的设计难点之一在于如何利用 Rabbit MPU 有限的资源信息，使用其内嵌的TCP/IP协议栈，进行 HTTP、TCP、UDP、IP 等协议的处理，使之可以变成可在互联网上传输的IP 数据包以及可在内置 Web 页上浏览的数据。难点之二在于实现通过网页进行远
26、程访问的能力，解决这个问题要通过对 Rabbit MPU 进行TCP/IP 编程，将其配置成一个简单的Web 服务器，就可以以网页服务的形式将现场数据传递给远程用户。浏览器与Web 服务器的交互是通过Rabbit Web程序来完成的。Rabbit Web程序是一段运行在Web 服务器上的程序，可以是可执行文件，也可以是脚本文件。Rabbit Web程序可以动态地产生HTML 网页，因此可将实时采集到的数据通过网页发回给客户机。Rabbit Web通常是客户机与服务器中其它程序进行信息传递与沟通的桥梁。在以前Dynamic C语言版本中，浏览器与Web服务器的交互都是通过CGI程序来完成的，但D
27、ynamic C发展8.5版本后，一种非常简单与方便的增强版本（RabbitWeb HTTP enhancements）出现了，用它来编写浏览器与Web服务器的交互更方便，并且非常容易理解。与它配套的是扩展的ZHTML脚本语言，用ZHMTL脚本语言编写动态网页，也非常容易，这将在后面的程序设计中详细介绍。注意，增强版只是以前版本的提高版本，因此以前版本的程序（CGI）仍然有用，用户亦然可以用CGI程序来编程实现浏览器与Web服务器的交互。浏览器与Web 服务器的交互是通过Rabbit Web程序来完成的。Rabbit Web程序是一段运行在Web 服务器上的程序，可以是可执行文件，也可以是脚本
28、文件。Rabbit Web程序可以动态地产生HTML 网页，因此可将实时采集到的数据通过网页发回给客户机Rabbit Web通常是客户机与服务器中其它程序进行信息传递与沟通的桥梁。IP打包开始初始化接受发送TCP打包传送数据结束接受IP包解IP包送TCP层解TCP包送应用层WebSever处理信息图2.2 系统工作流程图2.3 嵌入式WebServer讨论 利用8位微控制器通过ISP（Internet服务供应商），在不需要使用PC机或高档单片机的情况下接入互联网。随着嵌入式系统的迅猛发展和IA（信息电器）的出现，该应用系统正逐步取代传统的以PC为中心的应用，成为未来Internet发展中的主力
29、军；将会广泛应用于智能家居系统、工业智能化从站系统、LED网络控制显示屏系统、网络安全加密系统等各个方面。利用单片机实现嵌入式WebServer方案的主要技术难点是：如何利用单片机本身有限的资源对信息进行HTTP、SMTP、POP3、TCP、UDP、ICMP、IP及PPP等协议的处理，使之变成可以在互联网上传输的IP数据包以及可以在内置Web页上浏览的数据。利用单片机实现嵌入式WebServer,大体可有以下三种形式: MCU+专用网络芯片，如E1552、WebchipPS2000等。此种方案的主要优点是：应用系统设计工程师完全不必考虑任何网络协议，只需要解释并执行网络芯片传送过来的指令和数据
30、就可以实现与Internet网络连接。 EMIT技术。EMIT采用桌面计算机或高性能的嵌入式处理器作为网关，称为emGateway，上面支持TCP/IP协议并运行HTTP服务程序，形成一个用户可以通过网络浏览器进行远程访问的服务器。emGateway通过RS232、RS485、CAN等轻量级总线与外设联系起来，每个外设的应用程序中包含一个独立的通信任务，称为emMicro，监测嵌入式设备中预先定义的各个变量，并将结果反馈到emGateway中；同时emMicro还可以解释emGateway的命令，修改设备中的变量或进行某种控制。该方案中复杂的网络协议是通过emGateway在PC机上实现的，应
31、用系统MCU只处理较简单的emNet协议，进行网际连接。 MCU直接实现形式。实现这个形式的WebServer，可选用多种型号的MCU来实现网络协议，如AT89C8252、SX52BD100等，并可根据具体要求选用不同速度的MCU作为核心芯片，但是基本硬件结构大致相同1。显然以上方案中，以“MCU直接实现形式”的硬件结构最为简洁，不失为首选方案。通常，所谓的TCP/IP协议是一个四层协议系统，包括数据链路层、网络层(含IP协议)、传输层（含TCP协议）和应用层，每一层负责不同的功能。基于TCP/IP协议可以实现多种功能应用，如：HTTP（超文本传输控制协议）、TELNET（远程登录）、FTP（
32、文件传输协议）、SMTP（简单邮件传送协议）、SNMP（简单网络管理协议）等。本文主要讨论HTTP，也就是WebServer在应用层的主要构成协议。当然，用户也可以根据需要附加其它的协议功能。IP包含编址方案，并提供寻址功能；TCP则是在不同主机的对等进程之间提供可靠的进程间通信。与TCP两端口所连接的实体中，一端为应用程序进程或用户，另一端则为底层协议，如IP协议。TCP在建立连接过程中采用三向握手机制，以保证数据的可靠性。用户只需对应添加相关芯片及辅助设施（如电源、用户所需外设等）即可；而软件的实现，由于BL2000系列芯片得到DynamicC编译器的支持以及实现TCP/IP所需的库文件d
33、crtcp.lib，因此只要会用C语言就可以进行开发。用户关注的重点也变为网络通信实现以后的代码编制及优化，可以极大提高开发进度。以下是DynamicC实现TCP/IP协议通信的程序主体框架。程序中起始宏定义为默认IP配置信息；“memmap”句可使程序在芯片里面运行时，如同在扩展代码窗口下被编译；“use”句使编译器按照库文件配置编译代码。#define TCPCONFIG 1#memmapxmem#use dcrtcp.libmain( )sock_init( );for(;)tcp_tick(NULL); sock_init( )和tcp_tick( )都是TCP/IP函数库的基本函数，
34、前者为初始化TCP/IP协议栈函数，使协议栈开始处理入栈数据报；后者主要有两个用途：支持后台处理的最新信息；测试TCP套接字的状态。可以看到利用DynamicC提供的TCP/IP协议包，用户可以轻松建立起TCP/IP通信。当通信建立以后，就可以在此基础上进行后续的进一步功能扩展，开展例如HTTP、PPP等应用层的协议实现。HTTP(超文本传输协议)服务器可使HTML(超文本链接标示语言)页面，如Web页等和其它文件为客户端所使用。在DynamicC中，HTTP由HTTP.LIB来负责实现。HTTP服务器实现的程序主体框架如下：#defineTCPCONFIG1#memmapxmem#use d
35、crtcp.lib#use http.libmain( )sock_init( );http_init( );tcp_reserveport(80);while(1)http_handler( ); 第3章 系统硬件电路设计3.1 系统硬件的总体结构设计图3.1为一种采用热电偶为温度检测元件的单板机温度控制系统原理图。BL2000定时对炉温进行检测，得到应有的控制量，去控制加热功率，从而实现对温度的控制。为实现对温度的控制，在设计系统时应明确以下几点：控制指标主要是控制精度、显示位数。温度控制范围为6001000，这涉及到测温元件，电炉功率的选择。炉温变化规律控制，即确定温度-时间变化关系的控
36、制算法。着主要在控制程序设计中考虑。然后通过硬件电路和程序软件的设计，实现BL2000对工艺过程中的数据进行处理和控制。图3.1 单板机温度控制系统原理图3.2 系统硬件子模块的设计3.2.1 BL2000的硬件结构BL2000具有4种版本，其中两种具有以太网接口，另外两种没有以太网接口，所有BL2000都具有28个数字I/O（包含5或7个双功能模拟、数字输入），3个RS-232/485串行口，Rabbit2000CPU（22.1MHZ，128K的SRAM及256K的Flash（可扩展），在板的单刀双掷继电器输出，LED显示，7个定时器，备用电池的时间/日期时钟。对于最常见的应用，BL2000
37、和BL2020模块包含4通道12位A/D输入，5通道双功能输入，以及2通道12位D/A输出。对于不需要高精度模拟数据采集的情况可以选用BL2010及BL2030，具有4通道10位A/D输入，7通道双功能输入，没有D/A输出。双功能输入是由软件设置的，可配置成模拟输入或带域值的开关量输入。性能：带有RJ-45插口的10Base-T以太网接口简便的连通性快速22MHZ时钟高达28个数字I/OA/D和D/A 4个串口128K的SARM/256K的Flash（可扩展的）在板继电器有后备电池的时间/日期时钟图3.2是BL2000的内部硬件框图。图3.2 BL2000内部硬件框图所有的BL2000系列模块
38、可以使用恰当的辅助硬件通过以太网/互连网进行编程和调试。带有10Base以太网口的系统可以直接通过网络或互连网进行控制和监视，能够对远端设备开发接口，能够提供网页服务，还能够发送E-mail。BL2000系列对于大系统来说作为一个具有网络功能的服务处理器也是非常理想的。BL2000系列的编程使用已工业级的Z-Word的Dynamic C软件开发系统。图3.3 BL2000外部端子图3.2.2 温度检测元件和变送器设计温度检测和变送器的类型选择与被控温度及精度等级有关。镍漯/镍 热电偶适用于01000的温度测量范围，相应输出电压伪041.32mV。变送器由毫伏变送器和电流/电压变送器组成；毫伏变
39、送器用于把热电偶输出的041.32MV变换成010MA范围内的电流；电流/电压变送器用于把毫伏变送器输出的010MV电流变换成05V范围内的电压。为了提高测量精度，变送器可以进行零点迁移。例如，若温度测量范围为4001000，则热电偶输出为16.441.32MV，毫伏变送器零点迁移后输出010MA范围的电流。这样，就可使量化温度误差达到+2.34以内。 3.2.3 温度控制电路设计温度控制是通过对加热丝的电源通断来实现的。本系统采用晶闸管调功方式。晶闸管开关控制方式有两种：相位控制和过零控制。相位控制会使负载上的电压波形发生畸变，产生高次谐波，对电网造成公害。过零控制则能使负载上的产生较完善的
40、正弦电压波形，同时由于过零时通断，防止了过大电流冲击。图3.4 过零触发电路图系统采用MC14528光耦触发驱动器实现对功率晶闸管的触发导通。过零触发过程信号关系如图所示17。图3.5 晶闸管过零控制信号关系图晶闸管串接在50HZ交流电源和加热丝中，只要在给定周期内改变晶闸管的接通时间，就能达到加热功率改变的目的，从而实现温度调节。如图所示。BL2000OUT0输出能控制晶闸管通断时间的脉冲信号。OUT0=1时关断晶闸管，OUT0=0时开启晶闸管。图3.6 晶闸管通/断时间第4章 温度控制算法设计4.1 PID计算程序电阻炉温控制是一个反馈调节过程：首先比较实际炉温和给定炉温得到偏差；然后对偏
41、差进行控制算法处理，得到一个输出量；然后用输出量调节炉子的加热功率，从而实现对炉温的控制。通过对偏差的比例、积分和微分运算而产生控制信号（称PID调节器），是过程控制中应用最广泛的一种控制形式。这种控制规律在相当多的工业生产过程中能得到比较满意的结果。PID调节是Proportional（比例）、Integral（积分）、 Differential（微分） 三者的缩写，是连续系统中最成熟、行之有效、应用最广泛的一种调节方式。PID调节的实质就是根据输入的偏差值，按比例、积分、微分的函数关系进行运算，起运算结果用以输出控制。在实际应用中，根据被控对象的特性和要求，可灵活的改变PID的结构，取其中的一部分环节构成控制规律，如比例（P）调节、比例积分（积分）调节、比例积分微分调节（PID）调节等。尽管凭借单片微机的优势，计算机数字控制系统取代了模拟控制系统，但是，在长期生产实践中，模拟PID控制算法所积累的经验并未被人民们遗忘，而是被广泛地应用到计算机
