2024年6月14日发(作者：拜子菡)
炸药爆发点测量装置温度PID控制系统设计
课题针对炸药爆发点自动测量装置。爆发点是炸药在热作用下，其反应能自
行加速而导致爆炸的最低环境温度。从开始自行加速到爆炸要有一定的时间，称
为爆发延滞期（课题取5s为标准）。为此将加热炉升温至一定的温度并实现恒温。
其中包括硬件电路和软件程序。整个控制系统是通过接口将微机和生产过程联系
起来，实现微机对生产环节的数据处理和过程控制。
一、系统的基本组成及基本工作原理
温度控制。电阻炉炉温控制系统原理图，其控制工程是这样的：单片机定时
对炉温进行检测，经A/D转换得到相应的数字量，再送到微机进行判断和运算，
得到应有的控制加热功率，从而实现对温度的控制。
进行系统设计时应考虑如下问题：
（1）炉温变化规律控制，即炉温按预定的温度—时间关系变化，这主要在控制
程序设计中考虑。
（2）温度控制范围：如50℃~550℃，这就涉及到测温元件，电炉功率的选择。
（3）控制精度、超调量等指标，这涉及到A/D转换精度、控制规律的选择等。
二、硬件电路设计
1.温度检测元件及变送器、A/D转换芯片的选择
温度检测元件及变送器的选择要考虑温度控制范围和精度要求。采用热电偶，
如镍鉻——镍铝热电偶，分度号为EU，其输出信号为0~41.32mV。经电压——电
流变换器，输出4~20mA的电流信号，然后在经过电流——电压变换电路转换为
0~5V电压信号。为了提高测量精度，可将变换器进行零点迁移，对于50~550℃
的测量范围，热电偶输出16.4~41.32mV时，使变换器的输出信号为4~20mA。这
样使用12位A/D转换器，就能使量化误差达到±0.122
0
℃。
2.接口芯片的扩展
由于本系统既要显示、报警、键盘输入，又要进行控制，仅靠8031单片机
的接口是不够的。系统选用了8155扩展接口芯片，它有三个并行I/O口和256
————
字节的RAM存储区。单片机8031的P2.1接扩展接口芯片8155的片选CE，P2.0
--
接8155的端口/存储器选择端IO/M，当P2.1=0，P2.0=0时，选中存储器RAM；
当P2.1=0，P2.0=1时，选中8155片内的三个I/O端口，其口的地址分配为：
0100H 命令状态寄存器
0101H A口
0102H B口
0103H C口或控制寄存器
0104H 计数值低八位
0105H 计数值高八位和方式寄存器
图示出了模/数转换芯片MAX1270与8031单片机的接口电路。当P2.2=0时，
选中MAX1270（允许驱动各通道转换与读取相应的转换结果）。转换结束信号EOC
————
经倒相后街至单片机的外部中断INT1（P3.3）。当P3.3=0时，说明转换结束。
我们选用0通道作为输入。因而可以把MAX1270视为一个地址为03F8H的外部数
——
据存储单元，对其写数据时，8031的WR信号使ALE和START有效，将74LS373
锁存的地址低三位存入MAX1270，并启动模/数转换芯片MAX1270.当EOC为低电
平时，说明A/D转换正在进行；当EOC变为高电平（即P3.3=0）时，表示A/D
转换结束，8031可以读入转换好的数据。
3.温度控制电路
温度控制电路采用可控硅调功率方式。双向可控硅串在50Hz交流电源和加
热丝电路中，只要在给定周期里开通可控开关的接通时间，就能达到改变加热功
率的目的，从而实现温度调节，如图所示。
2024年6月14日发(作者：拜子菡)
炸药爆发点测量装置温度PID控制系统设计
课题针对炸药爆发点自动测量装置。爆发点是炸药在热作用下，其反应能自
行加速而导致爆炸的最低环境温度。从开始自行加速到爆炸要有一定的时间，称
为爆发延滞期（课题取5s为标准）。为此将加热炉升温至一定的温度并实现恒温。
其中包括硬件电路和软件程序。整个控制系统是通过接口将微机和生产过程联系
起来，实现微机对生产环节的数据处理和过程控制。
一、系统的基本组成及基本工作原理
温度控制。电阻炉炉温控制系统原理图，其控制工程是这样的：单片机定时
对炉温进行检测，经A/D转换得到相应的数字量，再送到微机进行判断和运算，
得到应有的控制加热功率，从而实现对温度的控制。
进行系统设计时应考虑如下问题：
（1）炉温变化规律控制，即炉温按预定的温度—时间关系变化，这主要在控制
程序设计中考虑。
（2）温度控制范围：如50℃~550℃，这就涉及到测温元件，电炉功率的选择。
（3）控制精度、超调量等指标，这涉及到A/D转换精度、控制规律的选择等。
二、硬件电路设计
1.温度检测元件及变送器、A/D转换芯片的选择
温度检测元件及变送器的选择要考虑温度控制范围和精度要求。采用热电偶，
如镍鉻——镍铝热电偶，分度号为EU，其输出信号为0~41.32mV。经电压——电
流变换器，输出4~20mA的电流信号，然后在经过电流——电压变换电路转换为
0~5V电压信号。为了提高测量精度，可将变换器进行零点迁移，对于50~550℃
的测量范围，热电偶输出16.4~41.32mV时，使变换器的输出信号为4~20mA。这
样使用12位A/D转换器，就能使量化误差达到±0.122
0
℃。
2.接口芯片的扩展
由于本系统既要显示、报警、键盘输入，又要进行控制，仅靠8031单片机
的接口是不够的。系统选用了8155扩展接口芯片，它有三个并行I/O口和256
————
字节的RAM存储区。单片机8031的P2.1接扩展接口芯片8155的片选CE，P2.0
--
接8155的端口/存储器选择端IO/M，当P2.1=0，P2.0=0时，选中存储器RAM；
当P2.1=0，P2.0=1时，选中8155片内的三个I/O端口，其口的地址分配为：
0100H 命令状态寄存器
0101H A口
0102H B口
0103H C口或控制寄存器
0104H 计数值低八位
0105H 计数值高八位和方式寄存器
图示出了模/数转换芯片MAX1270与8031单片机的接口电路。当P2.2=0时，
选中MAX1270（允许驱动各通道转换与读取相应的转换结果）。转换结束信号EOC
————
经倒相后街至单片机的外部中断INT1（P3.3）。当P3.3=0时，说明转换结束。
我们选用0通道作为输入。因而可以把MAX1270视为一个地址为03F8H的外部数
——
据存储单元，对其写数据时，8031的WR信号使ALE和START有效，将74LS373
锁存的地址低三位存入MAX1270，并启动模/数转换芯片MAX1270.当EOC为低电
平时，说明A/D转换正在进行；当EOC变为高电平（即P3.3=0）时，表示A/D
转换结束，8031可以读入转换好的数据。
3.温度控制电路
温度控制电路采用可控硅调功率方式。双向可控硅串在50Hz交流电源和加
热丝电路中，只要在给定周期里开通可控开关的接通时间，就能达到改变加热功
率的目的，从而实现温度调节，如图所示。