SCR触发回路的设计.docx
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SCR触发回路的设计
SCR触发回路的设计
摘要:
本设计采用直接数字控制(DDC)对加热炉进行控制,使其温度稳定在在某一个值
上。
并且具有键盘输入温度给定值,LED数码管显示温度值和温度达到极限时提醒
操作人员注意的功能。
1.概述
温度是工业生产中常见的工艺参数之一,任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关,因此温度控制是生产自动化的重要任务。
对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制,所采用的加热方式,燃料,控制方案也有所不同。
例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等;燃料有煤气、天然气、油、电等;控制方案有直接数字控制(DDC),推断控制,预测控制,模糊控制(Fuzzy),
专家控制(ExpertControl),鲁棒控制(RobustControl),推理控制等。
本设计的控制对象为一电加热炉,输入为加在电阻丝两断的电压,输出为电加热炉内
的温度。
输入和输出的传递函数为:
G(s)=2/(S(S+1))。
控温范围为100~500C,所采用的
控制方案为直接数字控制(DDC)中的最少拍控制。
2.温度控制系统的组成框图
采用典型的反馈式温度控制系统,组成部分见下图。
其中数字控制器的功能由微型机算机实现。
3.
温度控制系统结构图及总述
8位地址锁存器,8286——具有三态
8284A为CPU提供时钟信号,经时
READY;地址锁存器8282是针对于
四—温度控制系统硬件与其详细功能介绍
1•微型计算机的选择
选择8086微处理器构成炉温控制系统,使其工作于最小方式下。
并配备以8284A
――时钟发生器,8282――带三态缓冲器的通用输出的8位双极型总线收发器。
其中,时钟发生器钟同步的系统复位信号RESET和准备就绪信号
8086CPU地址/数据线分时复用而设计配备的,它可以在8086CPU总线周期的T1状
态,利用ALE信号的下降沿将地址信息锁存于其中;总线收发器8286是为了提高
8086CPU数据总线的驱动能力
2.
SCR触发回路和主回路
如图所示为一晶闸管触发电路。
包括脉冲触发器(单稳态电路,由IC1和IC2组
成),控制门,光电耦合器4N25,放大器和双向晶闸管。
由全波整流电路得到的同
步电压使晶体管BG1每半波导通一次。
当控制端为“1”高电平的时候,BG1的每次
导通都会经由单稳电路由IC2输出一个负脉冲,该脉冲经IC3反向后由光电耦合器和
放大电路发大后触发晶闸管,在这一半周内晶闸管基本上处于全导通状态。
若控制端为“0”低电平的时候,则单稳态电路不输出脉冲,在这一半周内晶闸管也不导通。
因此,可以改变控制端的电平,控制单稳态电路每秒输出的脉冲数,从而改变晶闸管每秒钟内导通的时间,达到调压的目的。
与以下的电路相比较
第一个电路的优点在于晶闸管导通时基本处于全导通状态,因此波形较好,包含的谐波成分较少,因此对系统的干扰也较小。
而第二个电路的缺点是加热电阻两端电压波形很差,包含了较多的谐波成分,当晶闸关导通角较小时由为如此,这些些波电压可能会对周围系统产生影响。
3.热电偶的选择
热电偶是常用的测温元件,它利用不同材料的导体一端紧密连接在一起产生的热电势效应将温度信号转换为电势信号。
本设计采用K型热电偶一一镍络-镍硅(线性度
较好,热电势较大,灵敏度较高,稳定性和复现性较好,抗氧化性强,价格便宜)对温
度进行检测,参比端温度为20C。
由以下公式可以计算出K型热电偶分别在100C,
200C,300C,400C,500C时候的输出电势:
E(100,20)=E(100,0)-E(20,0)=4.096mV-0.798mV=3.298mV
E(200,20)=E(200,0)-E(20,0)=8.138mV-0.798mV=7.34mV
E(300,20)=E(300,0)-E(20,0)=12.209mV-0.798mV=11.411mV
E(400,20)=E(400,0)-E(20,0)=16.397mV-0.798mV=15.599mV
E(500,20)=E(500,0)-E(20,0)=20.644mV-0.798mV=19.846mV
4.4~20mA变送器XTR101
XTR101为4~20mA线性化变送器,它可与镍络-镍硅测温传感器构成精密的T/I
变换。
器件中的放大器适合很宽的测温范围,在-40C~+85C的工作温度内,传送电
流的总误差不超过1%,供电电源可以从11.6V到40V,输入失调电压<土2.5mV,输入失调电流<20nA。
XTR101外形采用标准的14脚DIP封装。
(芯片内部结构与封装见附录)
XTR101有如下两种应用于转换温度信号的典型电路:
5.I/V转换器RCV420
RCV420是一种精密电流/电压变换器,它能将4~20mA的环路电流变为0~5V的电压输出,并且具有可靠的性能和很低的成本。
除具有精密运放和电阻网络外,还集成有10V基准电源。
对环路电流由很好的变换能力。
具有-25C~+85C和0C~70C的
工作温度范围,输入失调电压<1mA,总的变换误差<0.1%,电源电压范围土5~±
18V。
RCV420的外形采用标准的16脚DIP封装。
(芯片内部结构与封装见附录)
它的典型应用如下:
6.A/D转换器ADC0809
ADC0809是美国国家半导体公司的CMOS型8位28条引脚A/D转换器。
采用逐
次逼近技术,输出的数字信号由TTL三态缓冲器顺序控制,可以直接与数据总线相
连。
分辨率为8位,精度为7位,时钟频率范围在10~1280kHz之间,单一+5V电源供电,数据具有三态输出能力,易于和微处理器相连。
(芯片内部结构与封装见附录)
7.定时计数器8253
工艺制成的24条引脚的双列
8253是Intel公司的使用单一+5V电源供电,NMOS
直插式芯片。
具有3个独立的计数器,每一个都可以单独作为定时器或者计数器使
用,且都可以按照二进制或者十进制计数,每个计数器计数速率高达2MHz,最高的
技术速率可达2.6MHz。
所有的输入输出引脚都与TTL电平兼容。
(芯片内部结构与
封装见附录)
8253典型应用如下图所示:
8丄ED数码管驱动芯片ICM7218A
ICM7218是一种多功能LED数码管驱动芯片,能驱动8位共阳或者共阴数码
管,且输出可以直接驱动LED显示器。
其内部主要由控制器,8*8静态RAM,BCS
译码,B码和显示字段译码器,扫描振荡控制电路和显示驱动器等组成。
ICM7218的外引线有写入控制线2条:
WR和MODE;数据线8条:
ID0~ID7;LED显示驱动线16条;电源线2条。
WR为写选通信号,低电平有效。
MODE为写入控制字的写入显示数据控制线,当MODE=1时,写控制字;当
MODE=0是,写数据。
(芯片内部结构与封装见附录)
典型应用如下图所示:
1I]jI]]工
9.可编程并行I/O接口芯片82C55A
82C55A是Intel公司的并行I/O接口芯片,40条引脚,双列直插式封装。
Do~D7
位三态,双向数据线,可与CPU总线直接相连。
内部由3个端口A,B,C。
三个端
口都具有8位数据输出锁存器,只有A端口具有输入所锁存器。
(芯片内部结构与封
装见附录)
典型应用如下图所示:
A7
A6
A5
A4
A3
A2
A1
A0
82C55
A
A口
0
0
0
1
0
0
0
0
10H
B口
0
0
0
1
0
0
1
0
12H
C口
0
0
0
1
0
1
0
0
14H
控制口
0
0
:
0
1
0
P1
1
0
16H:
8253
计数器0
0
0
0
0
1
0
0
0
04H
控制口
0
0
0
0
1
1
1
0
0EH
ADC0809
START
0
0
\0
0
0
r1
1
0
06H1
OE
0
0
;0
1
1
h
1
0
1EH1
ICM72
18
控制口
0
0
M
0
0
[0
0
0
20H1
写数据
0
0
0
0
0
0
0
0
00H
五.温度控制系统软件设计
1.温度控制系统软件结构图
上图所示的是单回路闭环温度控制系统,虚线框内的某些功能有计算机来完成。
2.总体流程图
N
1
r
从键盘
读最入拍控制
算法的温
度值送到
初始化82C55A,8253,ICM7218,y数据
tQ
,警笛鸣,提醒操作人
工程量变换
3.
注:
C1
C2,
采样值
ii.
启动度变换转换
变换结果送入字滤波算法为计数初值
变换结果送入WN
温度的非线性转换
转换后温度值送入TEM单元
NX单元
数字滤波(采用程序判断滤波的限速滤波)
计算IC
模块程序流转换结果经数字滤波后送入
i.
NX-FC=0C?
<△C?
限速滤波程序
Y
C3-C2C?
N
C2算送入C2-C3I单
C3分别为第一次采木一
C3送入NX单
工程量变换程序模块C1-C2I+IC2-C3I)/2变送器XTR101输出4~20〔ipADC,温度起点为
应用以下变换送入进行变换:
100C,
满量程为500°Co8
位A/DADC0809输出数字量00H~FFH(0~5V:
AX=A0+(Am-Ao)(Nx-No)/(Nm-No)式中,Ao为一次测量仪表的下限
Am为一次测量仪表的上限
Ax实际测量值
No仪表下限对应的数字量
Nm仪表上限对应的数字量
Nx测量值对应的数字量
流程图如下:
采用折线拟合法进行线性化处理
如下图所示,分为以下几段:
当3.298mV 当7.34mVwWN<11.411mV时,TC=24.56*WN+19.70 当11.411mVwWN<15.599mV时,TC=23.88*WN+27.53 当15.599mVwWN<19.846mV时,TC=23.55*WN+32.71当19.846mVwWN时,TC=500C 分段如下图所示: 热电偶电势与温度关系折线拟合 系列1 ■系列2 流程图如下所示: r1 温度非线性转换 _J WN送 入AL 工 AL>19.846? —; 1 500C送入TEMP AL>15.599? YJ 1 WN=TC=23.55*WN+32.71 AL>11.411? YJ 1 WN=TC=23.88*WN+27.53 AL>7.34? Y; 8/28|WN=TC=24.56*WN+19.70 WN=TC=24.47*WN+18.41 4.源程序 STACK SEGMENTSTACK DW 256DUP⑺ STACK ENDS DATA SEGMENT SAVEBUFFDB 256DUP(00H) TK DB64H KO DB00H,54H,35H K1 DB01H,20H,00H K2 DB00H,00H,00H K3 DB00H,00H,00H P1 DB00H,71H,70H P2 DB00H,00H,00H P3 DB00H,00H,00H SAVEMARKDB 00H SAVEADDRDB 0FFH CONTROLMARKDB 00H EKB DB 00H K0_16 DB 00H,00H,00H K1_16 DB 00H,00H,00H K2_16 DB 00H,00H,00H K3_16 DB 00H,00H,00H P1_16 DB 00H,00H,00H P2_16 DB00H,00H,00H P3_16 DB00H,00H,00H EK DW0000H EKK DW0000H EK_1 DW 0000H EK_2 DW0000H UK DW0000H UKK DW0000H UK_1 DW0000H UK_2 DW0000H OUTPUT DW 0000H ALLK_ALLPDW 0000H SET DB? ;温度设定值 NX DB? WN DB? ;工程量变换结果 SUM DB C1,C2,C3 ;A/D三次采样值 A/D转换值 TEM DB ? ;显示温度 8255PORT DW 0010H,0012H,0014H,0016H 8255地址 8253PORT DW 0004H,000EH ;8253地址 0809PORTDW ;0809地址 0006H,001EH 7218PORT DW 0020H,0000H ;7218地址 DISPLAY DW ? ;显示温度二进制值 DATA ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS: CODE,DS: DATA START: MOVAX,DATA ;初始化数据段各芯片 MOVDS,AX MOV MOV MOV C口底四出,其余入 OUT MOV MOV MOV OUT二进制计数 BX,OFFSET8255PORT DX,[BX+3] AL,81H DX,AL BX,OFFSET8253PORT DX,[BX+1] AL,00H DX,AL ;方式0, KEYS: MOV BX,OFFSET7218PORT MOV DX,[BX] MOV AL,A0H OUT DX,AL ;十进制软件译码 CALL KEYCHECK ;键盘扫描程序 JZ KEYS ;计数器0工作于方式0, CALLD10MS CALLKEYCHECK JZKEYSMOVAL,0FEH MOVAH,0 MOVDX,[BX+2] OUTDX,AL MOVDX,[BX]INAL,DX CMPAL,1EHJZKEY1 CMP AL,1DH JZ KEY2 CMP AL,1BH JZ KEY3 CMP AL,17H JZ KEY4 CMP AL,0FH JZ KEY5 JMP KEYS KEY1: MOV AH,00H JMP TRANS KEY2: MOV AH,44H JMP TRANS KEY3: MOV AH,88H JMP TRANS KEY4: MOV AH,CCH JMP TRANS KEY5: MOV AH,FFH JMP TRANS TRANS: MOV [SET],AH ;读设定值 到SET单元 ADCH: MOV BX,OFFSET0809PORT ;启动A/D转换 MOV DX,[BX] OUT DX,AL MOV X,[BX+1] CHANGE: IN AL,DX TEST AL,80H JZ CHANGE MOV DX,[BX] IN AL,DX MOV AH,00H MOV CX,0003H MOV [BX+AH],AL INC AH LOOP ADCH FILTER: LEA SI,SUM ;数字滤波 (限速滤波) MOV AL,[SI+2] SUB AL,[SI] JNC DONE1 NEG AL DONE1: MOV DL,AL MOV BL,[SI+3] SUB BL,[SI+2] JNC DONE2 NEGBL DONE2: ADDAL,BL SHRAL,1 CMPDL,AL MOVCL,[SI+2]JBEDONE CMPBL,AL MOVCL,[SI+3] JBEDONE ;无提醒,则点亮 ;调数字控 ;调标度变 ;调工程量 ; ;温度显示程序 MOV ADD SHR MOV MOV DONE: MOV MOV MOV MOV MOV CMP JE判断是否该提醒操作人员? 绿灯 MOV MOV MOV OUT 制器子程序 CALL 换子程序 CALL 变换子程序 CALL CALL调温度非线性补偿子程序 MOV MOV R1指向显示缓冲区 AL,[SI+2] AL,[SI+3] AL,1 [SI+3],AL CL,AL DL,[SI+2] [SI],DL DL,[SI+3] [SI+2],DL [NX],CL [NX],0FFH CAUTION BX,OFFSET8255PORT DX,[BX+1] AL,01H DX,AL CONFIG BIAODU GCBH TEMBC BX,OFFSETPORT7218 R1,[DISPLAY] R208H DJNZR2,C-LOOP BIAODUPROC NEAR ;标度变换 子程序 BIAODU ENDP RET GCBH PROC NEAR ; 工程量变换子程序 GCBH ENDP RET TEMBC PROC NEAR ; 温度非线性补偿子程序 RETTEMBCENDPCONFIGPROCNEAR数字控制器子程序 PUSHDSXORAX,AXMOVDS,AX MOVAX,2000H+OFFSETIRQ7 MOVSI,003CHMOV[SI],AXMOVAX,2000H+OFFSETIRQ6MOVSI,0038H MOV[SI],AXMOVAX,0000H MOVSI,003EHMOV[SI],AXMOVSI,003AHMOV[SI],AXCLI POPDSMOVAL,90HOUT63H,ALMOVAL,0A4HOUT43H,ALMOVAL,2EHOUT42H,ALINAL,21HANDAL,3FH OUT21H,AL MOVSI,OFFSETP3+2 MOVBH,07H MOVDI,OFFSETP3_16+2 CALLCHANGE CALLCLEAR_E MOVAL,80H OUT00H,AL MOVBL,01H MOVSAVEMARK,00H MOVSAVEADDR,0FFH AGAIN: STI HLT JMPAGAIN IRQ6: MOVAL,80H OUT 00H,AL MOV AL,10H OUT 61H,AL MOV CONTROLMARK,AL MOV SAVEMARK,AL CALL CLEAR_E MOV BL,01H MOV AL,20H OUT 20H,AL IRET IRQ7: MOVAL,01H MOVCONTROLMARK,ALDECBL JNZFINISH CALLCY MOVEK,DX MOVAX,DX MOVDI,OFFSETK0_16 INCDI MOVDX,[DI] CALLML MOVAX,ALLK_ALLP ADDDX,AX CALLOUT_PUT MOVDX,OUTPUT MOVUK,DX MOVSI,OFFSETUK_1 MOVDI,OFFSETUK_2 MOVBL,07H L1: MOVAX,[SI] MOV [DI],AX DEC SI DEC SI DEC DI DECDI DEC BL JNZ L1 MOV AX,0000H MOV ALLK_ALLP,AX MOV SI,OFFSETK1_16 MOV DI,OFFSETEKK MOV CX,0003H CALL L2 MOV SI,OFFSETP1_16 MOV DI,OFFSETUKK MOV CX,0103H CALL L2 MOV BL,TK FINISH: MOVAL,20H OUT20H,AL IRET L2: INC SI MOV DX,[SI] MOV AX,[DI] CALLML DEC SI TEST BYTEPTR[SI],01H JNZ QB LL: INC SI INC SI INC SI INC DI INC DI MOV AX,ALLK_ALLP CMP CH,00H JNZ L3 ADD DX,AX L4: MOVALLK_ALLP,DX DEC CL JNZ L2 RET L3: XCHGDX,AX SUB DX,AX JMP L4 QB: NEG DX JMPLL ML: CMPDX,7FFFHJAML1IMULDXRET ML1: PUSHBXPUSHCXPUSHAXSUBDX,7FFFHIMULDXMOVBX,DXMOVCX,AXPOPAXMOVDX,7FFFHIMULDXADDAX,CXADCDX,BXPOPCXPOPBXRET CY: INAL,60HSUBAL,80HMOVEKB,ALCALLSAVEEKMOVDX,
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