欧洲总线EIB控制系统的工作原理及应用
一、EIB 系统工作原理
1、EIB 总线系统的发展进程
20 世纪80 年代中期，随着微电子技术和通讯技术的迅猛发展，自动控制领域尤其是工业界的过程控制领域对现场底层设备之间的通讯和控制问题提出了越来越高的要求，促使了控制技术的又一次大变革，即现场总线技术的产生。现场总线技术从出现开始，就以其在性能和结构上的巨大优势吸引了专家和用户的注意，众多知名的自动化集团公司纷纷独自或联合推出了各有特色的现场总线协议标准。这些优秀的总线标准在全世界得到了广泛的应用。
相对于对实时性、精确性及通讯效率等要求极高的工业自动化领域而言，建筑自动化领域的要求相对要低一些，从经济成本角度考虑，上面那些造价昂贵的现场总线技术并不非常适合于建筑领域。但是作为建筑本身的发展而言，随着用户对建筑提出的功能要求越来越高，满足这些功能而使用的现代化技术也日益复杂，在所谓的智能建筑中就集成了现代的通讯技术、微电子技术等多项尖端技术。这些技术的应用，不仅给建筑带来了较重的建设成本压力，其运行和维护的管理成本也越来越高，正是建筑对安全性、经济性、舒适性、应变性等各方面的不断提高的要求成为建筑领域的现场总线技术标准――欧洲安装总线（European Installation Bus）技术产生和发展的基础。
1990 年，欧洲著名的电气产品制造商为核心组成联盟，制定了
EIB 技术标准并成立了中立的非商业性组织EIBA（EIB Associate,欧洲安装总线协会），总部设在比利时的布鲁塞尔。这个协会的成立极大的推动了EIB 标准的发展，迄今为止，已有一百多家制造厂商成为了EIBA 的会员，按照开放的EIB 标准生产能够相互兼容和交互操作的各种元器件，各类产品品种多达4000 多种，几乎覆盖了建筑中各个行业和各种用途的需要。经过十多年的发展，EIB 不仅成为事实上的欧洲标准，也被成功地引入世界各地，2000 年时在IEC 国际现场总线标准大会上被作为提名国际标准之一。
1999 年，EIB 技术开始被引入中国，在短短的三年多时间内，以其优越的性能和质量获得了很大的成功，2001 年 3 月，为配合EIB 技术的推广，在同济大学建立了亚洲规模最大的EIB 认证技术培训中心。
2、EIB 总线系统基本原理
现代的建筑离开电是无法想象的。无论是传统的照明和插座，还是现代化的通讯、安保等技术，都离不开电源的供应。EIB 技术本身在传统电气安装技术基础上引入现场总线概念而发展起来的，它对传统电气安装技术而言是一次突破性的革命，它具有现场总线技术的核心优点如系统结构简单，设计、安装和维护方便，全分散控制等，解决了建筑由于涉及工种和功能过多而导致系统过于独立和操作复杂的问题，是当今技术领域非常优秀的技术标准。
2.1 总线传输介质
作为传输介质的EIB 总线目前可支持双绞线（Twist Pair）、电力线(Power Line)、无线电(Radio)和红外线(Infrared)四种介质。其中双绞线系统是应用最广泛的介质，它采用2×2×0.8 的标准EIB 总线，具有良好的抗干扰性。电力线系统多用于对旧建筑的改建，利用建筑中敷设的电力线作为载体传送信号。无线和红外系统则用于一些难以敷设线路的场合。目前在中国市场上提供的主要以双绞线系统为主。
2. 2 系统拓扑结构
EIB 总线系统有非常灵活的组态，可以适用于不同大小的电气安装系统――小到普通的一个房间，大至一栋大楼或一个小区，都可以在布局上分层次设计安装。线路（line）是EIB 的最小安装单元，每条线路上最多可连接和工作的总线元件为64个;通过线路耦合器（Line coupler）可以将多达15 个线路连接组合成一个更大的拓扑单元称之为域（Area）；通过主干耦合器（Backbone Line coupler）又可将15 个域相互连接和组合起来。这样，EIB 总线系统最多可连接多达14400 个总线元件，可控制的用电设备点数更是数量惊人。事实上，当某一条线路需要连接更多的元件的话，还可以通过连接线路中继器（Line repeater）的办法再连接多192个总线元件。根据EIB 标准规定，每条线路的总线最大长度为1000 米。通过中继器的使用，我们可以用EIB 来实现一些大距离跨度的控制如桥梁、小区等的电气照明控制。
2.3 信号传输
作为一个全分布式的现场总线系统，系统中的每一个元件都是一个智能体，它类似于通信中的每一个节点（peer）,元件之间通过电信号（Telegram）交换信息，从而实现控制和被控制的操作。在一个建筑中，各个电气设备的动作完全是个随机事件，如在某一个时刻，可能同时有几个灯开关被揿下，某个房间要打开一幅窗帘而另一个房间要关闭一个空调阀门。动作的随机产生意味着在通讯总线上的电信号是随机出现的，且在同一个时刻可能要有若干个信号同时要传送。EIB 和其它现场总线协议一样，采用的是串行异步的传输方式，为了提高可靠性和达到最大传输速率，EIB 应用了CSMA/CA（具有避免冲突的载波侦听多路访问），通过这种总线访问技术，使得在多个总线元件同时发送信号时就不会发生信号丢失现象，而且EIB 有自己的优先权定义以保证信号按照一定的次序先后传送。
2.4 寻址
为了保证系统中各个元件之间准确无误地进行信息交换，EIB 引入了“地址”的概念。在EIB 协议标准中，定义了两种类型的地址：物理地址（Physical Address）和组地址（Group Address）。物理地址时用来标识每一个元件的身份的，在系统中，每一个元件都有一个属于自己的唯一的物理地址，为了方便调试，这个地址一般都按照该元件在整个拓扑中的位置来设定。有了物理地址，元件可以很方便地进行标识，并通过总线下载自己被赋予的应用程序。和物理地址的唯一性不同，每一个元件可以被赋予一个或多个组地址。事实上，组地址是用来进行通讯用的。当一个元件要实现某个目的而发出电信号后，
在整个拓扑上的元件，只要其组地址和总线上传输的电信号中包含的组地址相同，它就能响应这个信号中包含的动作指令。利用组地址的概念，可以轻易实现传统电气安装技术中很难实现的“一控多”和“多控一”任务。
2.5 总线元件
EIB 问世十多年，在一百多家会员厂商的共同研发努力下，共生产了4000 多种功能元件，可以说，建筑中和电有关的几乎所有功能，EIB 都有相应的模块来实现。这是一个了不起的成就，它也体现了开放系统的巨大优越性：无论那个厂商，以一己之力，世很难开发功能如此齐全的全系列产品的。这些不同厂商的元件可以完全无障碍地进行组合，在功能的界面下调试和正常工作。EIB 的元件从功能上可以分为三大类：传感器、执行器和系统附件。尤其是取代传统面板按钮开关的EIB 多功能开关，外形和安装都和传统的86 型开关类型，但在一个面板上可以实现照明、空调、窗帘等多种功能，真正实现了多系统的集成。
3、EIB 总线系统的特点
从EIB 的技术层面上，我们额国内外建筑中采用的各个智能化系统相比较，可以看出在现阶段，EIB 技术的特色和优势是非常明显的，最大的特色体现在其兼容性和开放性方面。建筑的成本分为构造成本和使用成本两大块。长期以来，人们习惯认为用一笔巨大的投资将建筑建设完成后投入使用即算是完成了，但随着高技术的不断采用和不断发展，尤其是在一些现代化程度较高的建筑中，后期的成本要
远高于建设成本。据有关统计，以二十年为统计周期，建设的成本只占25％而运行维护的成本高达75％。因此，在系统设计考虑中，必须事先考虑其将来的运行和维护费用，同时也要考虑管理的便捷性。在这一点上，由于EIB 得到了众多厂商的支持，产品又完全可以兼容，这就可以最大程度地保护用户的利益，不会一旦选用某个产品而今后所有的维护升级都必须依赖这个厂商。在建设过程中，多家厂商的产品兼容也可以使用户得到最好的价格和服务。和许多类似的产品相比，EIB 有一个很大的特点，那就是进行系统设计、编程和调试的工具软件ETS（EIB Tool Software）并不是由某一家厂商开发和提供的，而是由中立的协会EIBA 开发和销售的，各个厂商按照标准的格式开发每个元件的数据库，这些数据库通常是可以通过互联网免费获得的。EIB 是一个智能化的电气安装系统，它的每一个元件的功能可以根据要求的变化而变化，只要简单地更改一下程序即可。对于一些建筑空间经常发生变化的场所如大开间用于出租的写字楼，由于空间的变化而带来使用区域和使用功能的变化，EIB 系统可以很好地适应变化而无需重排管线。在传统的电气安装中，如果一个房间需要多种功能，通常需要安装多个厂商的不同产品，相应的带来了复杂的布线，更带来了烦杂的调试和维护工作。EIB 系统可以实现多种功能的集成，在一个面板上可以完成多种控制功能，再配以红外遥控等，不仅减少了布线，更简便了检修维护工作。
4、EIB 总线系统的应用
从20 世纪90 年代以来，中国的经济得以高速增长，智能建筑、
智能小区、智能住宅的概念也日益为普通百姓所熟悉。所谓智能化的实质，就是在建筑中使用了大量高技术设备，以满足用户不断增长的功能要求。EIB 总线系统从上世纪末进入中国以后，短短几年中得到了广泛的应用，证明其功能和市场定位填补了当前的中国市场空白，其灵活的系统结构决定了从大型的智能化大楼到普通的居民，都可以得到具体的应用。经过对这些年EIB 在中国的应用情况的分析，可以看出它主要适用于：住房建筑尤其是独立型住宅如别墅等公用建筑二、系统图
本文来自于德国永诺智能家居，首次上传在百度文库。
一、设计题目 要求： 1．查阅相关资料，分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 2．分析系统每个环节的输入输出关系，代入相关参数求取系统传递函数。 3．分析系统时域性能和频域性能。 4．运用根轨迹法或频率法校正系统，使之满足给定性能指标要求。（已知条件和性能要求待定） 二、设计报告正文 摘要：炉温控制系统---是指根据炉温对给定温度的偏差，自动接通或断开供给炉子的热源能量，或连续改变热源能量的大小，使炉温稳定有给定温度范围，以满足热处理工艺的需要。炉温自动控制用热电偶测量温度，与给定温度进行比较，将偏差信号放大后作为驱动信号，通过电机、减速器调节加热器上的电压来实现准确的温度控制。本文经过正确分析系统工作过程，建立系统数学模型，画出系统结构图后，设计与校正前系统性能分析和可采取的解决方案、方法及分析。运用matlab软件进行复杂的系统时域验证和计算机仿真，通过具体设计校正步骤、思路、计算分析过程和结果，对于炉温控制系统的研究与改进具有现实意义。 关键字炉温控制系统系统校正 matlab软件
（一）工业炉温自动控制系统的工作原理 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比，c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。此时，0e r f u u u =-=，故1a u u =，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程： 控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。 → 系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压r u （表征炉温的希望值）。系统方框图见下图：
光栅传感器工作原理-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
一、光栅传感器的基本原理 光栅传感器是根据莫尔条纹原理制成的一种计量光栅，多用于位移测量及与位移相关的物理量，如速度、加速度、振动、质量、表面轮廓等方面的测量。光栅传感器的基本结构如图1所示： 图1 光栅传感器的基本结构 光栅传感器由光源、透镜、光栅副（主光栅和指示光栅）和光电接收元件组成如图1所示，当标尺光栅相对于指示光栅移动时，形成亮暗交替变化的莫尔条纹。利用光电接收元件将莫尔条纹亮暗变化的光信号，转换成电脉冲信号，并用数字显示，便可测量出标尺光栅的移动距离。 光栅传感器光源：钨丝灯泡的输出功率较大，工作范围较宽为-40℃到 +130℃，但是它与光电元件相组合的转换效率低。在机械振动和冲击条件下工作时，使用寿命将降低。因此必须定期更换照明灯泡以防止由于灯泡失效而造成的失误。半导体发光器件转换效率高，响应快速。如砷化镓发光二极管，与硅光敏三极管相结合，转换效率最高可达30%左右。砷化镓发光二极管的脉冲响应速度约为几十ns，可以使光源工作在触发状态，从而减小功耗和热耗散。 光栅副：如图2所示为透射光栅，它是一个长光栅，在一块长方形的光学玻璃上均匀地刻上许多条纹，形成规则的明暗线条。图中a为刻线宽度，b为可惜案件的缝隙宽度，a+b=W称为光栅的栅距或光栅常数。通常情况下， a=b=W/2，也可以做成a:b=1.1:0.9,刻线密度一般为每毫米10,25,50,100线。
图2 透射光栅 指示光栅一般比主光栅短得多，通常刻有与主光栅同样密度的线纹。 光电元件包括有光电池和光敏三极管等部分。在采用固态光源时，需要选用敏感波长与光源相接近的光敏元件，以获得高的转换效率。在光敏元件的输出端，常接有放大器，通过放大器得到足够的信号输出以防干扰的影响。二、莫尔条纹形成的原理 把光栅常数相等的主光栅和指示光栅相对叠合在一起（片间留有很小的间隙），并使两者栅线之间保持很小的夹角θ，于是在近于垂直栅线的方向上出现明暗相间的条纹，如图3所示。在a-a’线上，两光栅的栅线彼此重合，光线从缝隙中通过，形成亮带；在b-b’线上，两光栅的栅线彼此错开，形成暗带。这种明暗相见的条纹称为莫尔条纹。莫尔条纹方向与刻线方向垂直，故又称做横向莫尔条纹。
电子控制系统的组成和工作过程 一、教学分析 1．教材分析 本课是第一章第二节“电子控制系统的组成和工作过程”。从对比分析两种路灯控制系统的基本组成入手，再通过搭接一个路灯自动控制的电子模型，来学习电子控制系统的基本组成和工作过程，从而为学生学习后面各章提供了一把钥匙。 2．学情分析 学生在通用技术必修2的学习中，已学过关于控制系统的一些概念，例如输入、控制、输出，以及功能模拟方法的含义，但对电子控制系统内部电子元件，例如发光二极管、光敏电阻、三极管等的工作原理不太了解，教师可用通俗的语言补充解释其作用，以利于学生的学习。 二、教学目标 1．知识与技能目标 （1）知道电子控制系统的基本组成。 （2）能用方框图分析生活中常见电子控制系统的工作过程。 2．过程与方法目标 （1）通过对两种路灯控制系统方框图的对照，知道电子控制系统的基本组成。 （2）通过搭接一个路灯自动控制的电子模型，加深对电子控制系统组成的理解。 3．情感态度和价值观目标 （1）激发学生动手尝试的兴趣和热爱技术的情感。 （2）提高学生比较及分析电子控制系统的能力。 三、教学重难点 1．重点 （1）电子控制系统的基本组成。 （2）能用方框图分析生活中常见电子控制系统的工作过程。 2．难点 电子控制系统内部常见电子元件的工作原理。 四、教学策略 本节课程以多媒体技术为辅助教学手段，通过观察、基本知识讲授、小组探究、分析表达、技术试验、能力展示等教学方法和策略，在教师指导下，通过学生自主探究建构知识和技能。 五、教学准备 通用技术专用教室、多媒体、课件、路灯自动控制模型。 六、课时安排 共1课时 七、教学过程 （一）新课导入 教师展示：路灯自动控制模型 板书：第一章电子控制系统概述 第二节电子控制系统的组成和工作过程
过程控制系统课程设计 设计题目加热炉温度控制系统 学生姓名 专业班级自动化 学号 指导老师 2010年12月31日 目录 第1章设计的目的和意义 (2) 第2章控制系统工艺流程及控制要求 (2) 2.1 生产工艺介绍
2.2 控制要求 第3章总体设计方案 (3) 3.1 系统控制方案 3.2 系统结构和控制流程图 第4章控制系统设计 (5) 4.1 系统控制参数确定 4.2 PID调节器设计 第5章控制仪表的选型和配置 (7) 5.1 检测元件 5.2 变送器 5.3 调节器 5.4 执行器 第6章系统控制接线图 (13) 第7章元件清单 (13) 第8章收获和体会 (14) 参考文献 第1章设计的目的和意义 电加热炉被广泛应用于工业生产和科学研究中。由于这类对象使用方便，可以通过调节输出功率来控制温度，进而得到较好的控制性能，故在冶金、机械、化工等领域中得到了广泛的应用。 在一些工业过程控制中,工业加热炉是关键部件,炉温控制精度及其工作稳定
性已成为产品质量的决定性因素。对于工业控制过程,PID 调节器具有原理简单、使用方便、稳定可靠、无静差等优点,因此在控制理论和技术飞跃发展的今天,它在工业控制领域仍具有强大的生命力。 在产品的工艺加工过程中，温度有时对产品质量的影响很大，温度检测和控制是十分重要的，这就需要对加热介质的温度进行连续的测量和控制。 在冶金工业中，加热炉内的温度控制直接关系到所冶炼金属的产品质量的好坏，温度控制不好，将给企业带来不可弥补的损失。为此，可靠的温度的监控在工业中是十分必要的。 这里，给出了一种简单的温度控制系统的实现方案。 第2章控制系统工艺流程及控制要求 2.1 生产工艺介绍 加热炉是石油化工、发电等工业过程必不可少的重要动力设备，它所产生的高压蒸汽既可作为驱动透平的动力源，又可作为精馏、干燥、反应、加热等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，作为动力和热源的过滤，也向着大容量、高参数、高效率的方向发展。 加热炉设备根据用途、燃料性质、压力高低等有多种类型和称呼，工艺流程多种多样，常用的加热炉设备的蒸汽发生系统是由给水泵、给水控制阀、省煤器、汽包及循环管等组成。 本加热炉环节中，燃料与空气按照一定比例送入加热炉燃烧室燃烧，生成的热量传递给物料。物料被加热后，温度达到生产要求后，进入下一个工艺环节。 加热炉设备主要工艺流程图如图2-1所示。
摘要 在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如，在冶金工业、化工生产、电力工程、机械制造和食品加工等许多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行监测和控制。采用单片机对它们进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的控制问题。 关键词：MCS-51单片机，8155芯片，ADC0808/0809，数字滤波
Abstract In the industrial production, the electric current, thevoltage, the temperature, the pressure, the current capacity, thespeed of flow and the switch quantity all are commonly used is mainlycontrolled the parameter. For example, in metallurgical industry,chemical production, electric power project, machine manufacture andfood processing and so on in many domains, the people all need to eachkind of heating furnace, to respond in the stove and theboiler temperature carries on the monitor and the control. Uses themonolithic integrated circuit to carry on the control to them not onlyto have the control convenient, simple and the flexibility is big andso on the merit, moreover may large scale enhance is controlled thetemperature the technical specification, thus can greatly enhance theproduct the quality and the quantity. Therefore, the monolithicintegrated circuit to the temperature the control question is thecontrol question which in a industrial production frequently can meet,presently carries on the introduction take it as the example KeyWords: MCS - 51 SCM, 8155 chip, ADC0808/0809, digital filter
光栅的结构及工作原理 光栅是利用光的透射、衍射现象制成的光电检测元件，它主要由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。通常，标尺光栅固定在机床的活动部件上(如工作台或丝杠)，光栅读数头安装在机床的固定部件上(如机床底座)，二者随着工作台的移动而相对移动。在光栅读数头中，安装着一个指示光栅，当光栅读数头相对于标尺光栅移动时，指示光栅便在标尺光栅上移动。当安装光栅时，要严格保证标尺光栅和指示光栅的平行度以及两者之间的间隙(一般取或要求。 1．光栅尺的构造和种类 光栅尺包括标尺光栅和指示光栅，它是用真空镀膜的方法光刻上均匀密集线纹的透明玻璃片或长条形金属镜面。对于长光栅，这些线纹相互平行，各线纹之间距离相等，我们称此距离为栅距。对于圆光栅，这些线纹是等栅距角的向心条纹。栅距和栅距角是决定光栅光学性质的基本参数。常见的长光栅的线纹密度为25,50,100,125,250条／mm。对于圆光栅，若直径为70mm,一周内刻线100-768条；若直径为110mm，一周内刻线达600-1024条，甚至更高。同一个光栅元件，其标尺光栅和指示光栅的线纹密度必须相同。 2．光栅读数头 图4-7是光栅读数头的构成图，它由光源、透镜、指示光栅、光敏元件和驱动线路组成。读数头的光源一般采用白炽灯泡。白炽灯泡发出的辐射光线，经过透镜后变成平行光束，照射在光栅尺上。光敏元件是一种将光强信号转换为电信号的光电转换元件，它接收透过光栅尺的光强信号，并将其转换成与之成比例的电压信号。由于光敏元件产生的电压信号一般比较微弱，在长距离传递时很容易被各种干扰信号所淹没、覆盖，造成传送失真。为了保证光敏元件输出的信号在传送中不失真，应首先将该电压信号进行功率和电压放大，然后再进行传送。驱动线路就是实现对光敏元件输出信号进行功率和电压放大的线路。
柴油发电机组控系统工作原理 LIXISE 作者： 作者：LIXISE 柴油发电机组控制系统工作原理和算法是相当的复杂，每个电路的设计都有其特定的算法来予以实现。柴油发电机组的控制器系统犹如发电机组的心脏，智能控制系统的使用大大提高了柴油发电机组的运行，保障了柴油发电机组的稳定工作，那么控制系统是通过何种原理和算法来实现呢？柴油发电机组的控制部分，数字式励磁控制器较传统的模拟电路励磁控制器具有精度高，反应快，控制算法适应性强，对于不同特性的电机只要通过调整程序参数就能适应，甚至可以实现更高端的自适应智能控制算法等优点。 一、数字励磁控制器软件实现与算法研究 主要是对数字式励磁控制器的软件和所采用的控制算法进行论述。首先对数字励磁控制器的主程序进行设计，然后对电量参数采集算法和智能励磁控制算法进行研究，并在ＣＰＵ上进行实现。为了实现精确的数字励磁控制，需要得到实时、精确的电量数据，而要获得实时、精确的电量数据，则需要采用交
流采样方法，并推导出交流采样下各个电量的计算公式，最终编写计算出电量数据的算法程序。交流采样是按一定的规律对被测信号的瞬时值进行采样，再按照一定的数学算法求出被测电量参数的测量方法。下面给出交流电压，交流电流，有功功率，无功功率，功率因素的各种算法中的离散公式。 二、数字式励磁控制器总体设计方案 工作电源：由于微处理器的工作电源要求，我们需要一个５Ｖ的稳定直流电源，信号调理电路的运算电路的供电需要一组±１２Ｖ的直流电源，另外，开关量输出需要驱动继电器，所以需要一个＋２４Ｖ的直流电源，为此我们需要设计一个电源转化模块得到系统正常工作所需的三组ＤＣ电源。 三、交流采样锁相环电路 要进行交流采样，通常需要进行同步采样，目前交流采样方式主要有硬件同步采样、软件同步采样和异步采样三种。硬件同步由硬件同步电路向ＣＰＵ提出中断实现同步。硬件同步电路有多种形式，常见的如锁相环同步电路等。硬件同步采样法是由专门的硬件电路产生同步于被测信号的采样脉冲。它能克服软件同步采样法存在截断误差等缺点，测量精度高。利用锁相频率跟踪原理实
毕业设计（论文） 摘要 随着电子技术的飞速发展，单片机在国民经济生产各行业发挥了重要的作用。它因为集成度高、体积小、运行可靠、应用灵活、价格低、面向控制等特点得到了广大工程技术人员和客户的好评。在温度控制方面，单片机能够代替常规的模拟调节器。本文主要设计了单片机炉温控制系统硬件电路和软件程序。系统具工作可靠、实时性强等特点，满足控制精度的要求。本着在满足系统性能要求的前提下，尽可能的减少硬件成本。本文主要涉及到控制系统的硬件设计和单片机的控制软件编程。本系统选用AD590对炉温进行检测，并且选用 OP07低漂移高精度前置放大器，对信号进行放大。在PCF8951完成数模转换之后，8051单片机对数据进行处理。采用分段方法控制三台电阻炉温度。人机接口电路部分能实现温度设定、温度显示、超温报警等功能。本设计对温度的调节时间不做说明。本文重点介绍硬件的选取与接口电路的设计、模拟量输入通道和开关量输出通道的设计以及相应算法的软件程序编程。 关键词：单片机；炉温控制；接口电路； 30
毕业设计（论文） Abstract With the rapid development of electronic technology，Single-chip production of various sectors in the national economy played an important role. It is because of the high integration, small volume, reliable operation, flexible, low price and application for control of the engineering characteristics of technical staff and customers. In temperature control, SCM can replace conventional analog regulator．This paper designs the temperature control system of microcontroller hardware circuit and software program. With reliable work, real-time system as the control accuracy requirements. Based on system performance requirements in the premise, reduce cost of hardware. This paper involves controlling system of hardware design and the SCM control software programming. This system choose AD590 thermocouple to test temperature and choose OP07 low drift of preamplifier to a mplifiy signal. In PCF8591 complete digital-to-analog 8051 single chip microcomputer, after processing of data. Segmentation control algorithm of three resistance furnace temperature. Can realize human-machine interface circuit of the temperature setting, temperature display, and overtemperature alarm etc. The design of temperature regulation time to do that. This paper introduces the hardware design of interface circuit and analog input channel, and channel of switching output corresponding algorithm and the design of software programming. Key words: SCM, Temperature control, Interface circuit, 30
基于单片机的炉温自动控制系统设计 摘要：在工农业生产中，温度是工业生产对象中主要的被控参数之一。电阻炉是通过电流流过电阻体产生热量来加热或熔化物料的一种电炉。电阻炉广泛地应用在化工、冶金等行业。它对温度控制的要求较高，温度控制的好坏直接影响着产品质量及生产效率，因此电阻炉的温度控制在科学研究、工业生产中具有重要的意义。 本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，以电阻炉作为控制对象，用热电偶作为测量元件，用晶闸管作为输出控制元件来实现对电阻炉温度自动控制。该系统利用K型热电偶温度传感器，把检测到的电阻炉温度的信号送入MAX6675芯片，经过信号放大等一系列转换后，再将信号送到单片机STC89C52内进行PID运算，同时可以通过键盘调节PID参数。经PID运算后，比例调节输出量改变晶闸管控制量，变晶闸管的导通角，从而控制电阻炉的加热强度。从而控制电阻炉的炉温。 关键词：电阻炉；MAX6675；单片机STC89C52；PID控制 Abstract：SummaryIn the industrial and agricultural production , the temperature is accused of one of the main objects of industrial production parameters . Furnace current flowing through the resistor generates heat to a furnace for heating or melting the material . Resistance furnace is widely used in chemical, metallurgical and other industries. It requires a higher temperature control , temperature control has a direct impact on product quality and production efficiency , and therefore resistance furnace temperature control is of great significance in scientific research , industrial production. The design uses a single chip for data processing and control unit to resistance furnace as a control object , as the measuring element with thermocouple with thyristor as a control element to achieve the output resistance furnace temperature control . The system uses K -type thermocouple temperature sensor , to detect resistance furnace temperature signal into the MAX6675 chip , after a series of converted signal is amplified and then signal to the microcontroller STC89C52 PID operation , and can adjust the keyboard PID parameters. After the PID operation , adjust the output volume ratio of the amount of change in thyristor controlled , variable thyristor conduction angle, so as to control the intensity of the resistance heating furnace . To control the furnace temperature resistance furnace . Key words：The resistance furnace; MAX6675; SCM STC89C52; PID contro 目录
1 设计题目 要求： 1．查阅相关资料，分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 2．分析系统每个环节的输入输出关系，代入相关参数求取系统传递函数。 3．分析系统时域性能和频域性能。 4．运用根轨迹法或频率法校正系统，使之满足给定性能指标要求。（已知条件和性能要求待定）
摘要 炉温控制系统---是指根据炉温对给定温度的偏差，自动接通或断开供给炉子的热源能量，或连续改变热源能量的大小，使炉温稳定有给定温度范围，以满足热处理工艺的需要。炉温自动控制用热电偶测量温度，与给定温度进行比较，将偏差信号放大后作为驱动信号，通过电机、减速器调节加热器上的电压来实现准确的温度控制。本文经过正确分析系统工作过程，建立系统数学模型，画出系统结构图后，设计与校正前系统性能分析和可采取的解决方案、方法及分析。运用matlab软件进行复杂的系统时域验证和计算机仿真，通过具体设计校正步骤、思路、计算分析过程和结果，对于炉温控制系统的研究与改进具有现实意义。 关键字炉温控制系统系统校正 matlab软件
1 工业炉温自动控制系统的工作原理 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比，c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触 点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。 f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。此时，0e r f u u u =-=，故1a u u =，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程： 控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。 ?→T C ?→↑→↑→↑→↑→↑→↓→↓T u u u u u c a e f θ1C ↑ 系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压r u （表征炉温的希望值）。系统方框图见下图：
电控系统工作原理 一、电控系统工作原理 随着科技进步和电子工业的发展，国产轿车采用电子控制燃油喷射系统的比率逐年增加，早在2000年，一汽—大众就宣布停止化油器式发动机的生产，产品全部采用电子控制燃油喷射系统。最早研究和开发汽油喷射式发动机的是德国博世(Bosch)公司，汽油喷射技术首先应用于飞机发动机，随着对汽车节能降耗、降低排放和提高舒适性、增加动力性的要求，这一技术被应用于汽车发动机上。目前，博世公司在这一领域的技术和产品仍处于世界领先地位。捷达王轿车就采用了博世公司最新开发的Motronic M3．8．2发动机电控管理系统，并根据中国的国情做了改进和匹配。Motronic M3．8．2发动机电控管理系统为电子控制多点燃油顺序喷射系统，闭环控制，其突出特点是喷油量及点火时刻综合控制。该系统由电子控制单元、传感器、执行器等组成，传感器为燃油喷射系统和点火系统所共用。 1．Motronic M3．8．2发动机电控管理系统的组成及工作原理 Motronic M3．8．2电控系统由电控单元(即ECU，俗称电脑)、发动机转速传感器(也称曲轴位置传感器)、空气流量传感器、节流阀体、进气温度传感器、冷却液温度传感器(发动机水温传感器)、k传感器(即氧传感器)、爆震传感器、相位传感器(也称凸轮轴位置传感器或霍尔传感器)、双点火线圈、油压调节器和喷油器等组成。 驾驶员通过节气门(俗称油门)控制发动机进气量，控制单元通过节气门位置传感器得知节气门开度，再综合发动机转速、空气流量、进气温度、λ探测值等各传感器及电子开关提供的信息，经分析、计算，确定出最佳喷油量和点火时刻，向喷油器和点火线圈发出喷油和点火指令。发动机转速和空气流量信号是ECU计算基本喷油量的主信号，ECU再根据进气温度传感器、冷却液温度传感器、A传感器、爆震传感器和节气门位置等信号对喷油量进行必要的修正，确定出实际喷油量，然后根据转速传感器得到的曲轴位置信号和相位传感器检测到的1缸压缩上止点信号，适时地向喷油器和点火线圈发出动作指令。 发动机工作可分为如下工况： (1)起动工况 发动机被起动机带动运转，当转速低于某值时，ECU识别出发动机处于起动工况，根据转速传感器、凸轮轴位置传感器、节流阀位置传感器、冷却液温度传感器、进气温度传感器等提供的信号，以及ECU中存储的最佳控制参数，计算出起动喷油量、点火角度和怠速直流电机的位置，并驱动喷油器和点火动力组件动作，使节气门处于起动位置，保证发动机顺利起动。发动机起动后，当转速超过某值时，则起动工况结束。捷达王轿车起动时，司机无需踏油门踏板、节气门会自动处于最佳起动位置。 (2)怠速工况 发动机起动后，怠速运转时，节流阀体内的怠速开关触点闭合，ECU根据此信号得知发动机处于怠速工况，同时根据冷却液温度传感器信号计算出目标转速(存储在ECU中的理论转速，温度越低，理论转速越高，以保证发动机在低温时稳定运转并快速暖机)，并与实际转速进行比较，根据转速差的正负和大小，使节气门处于目标位置，以保证发动机怠速转速达到目标值。KCU同时还通过改变点火提前角来稳定发动机怠速。捷达王发动机热车后怠速转速理论值设置为840r／mjn，怠速点火提前角设置为上止点前12°，这些值存储在ECU中，人工不能调整。 (3)运行工况 运行工况又包括部分负荷、全负荷、加减速过渡及被拖动等工况。ECU根据转
目录 1.原理电路的设计 (1) 1.1总体方案设计 (1) 1.1.1简单原理叙述 (1) 1.1.2设计方案选择 (1) 1.2单元电路的设计 (3) 1.2.1温度信号的采集与转化单元——温度传感器 (3) 1.2.2电压信号的处理单元——运算放大器 (4) 1.2.3电压表征温度单元 (5) 1.2.4电压控制单元——迟滞比较器 (6) 1.2.5驱动单元——继电器 (7) 1.2.6 制冷部分——Tec半导体制冷片 (8) 1.3完整电路图 (10) 2.仿真结果分析 (11) 3 实物展示 (13) 3.1 实物焊接效果图 (13) 3.2 实物性能测试数据 (14) 3.2.1制冷测试 (14) 3.2.2制热测试 (18) 3.3.3性能测试数据分析 (20) 4总结、收获与体会 (21) 附录一元件清单 (22) 附录二参考文献. (23)
摘要 本课程设计以温度传感器LM35、运算放大器UA741、NE5532P及电压比较器LM339N 为电路系统的主要组成元件，扩展适当的接口电路，制作一个温度控制系统，通过室温的变化和改变设定的温度，来改变电压传感器上两个输入端电压的大小，通过三极管开关电路控制继电器的通断，来控制Tec制冷片的工作。这样循环往复执行这样一个周期性的动作，从而把温度控制在一定范围内。学会查询文献资料，撰写论文的方法，并提交课程设计报告和实验成品。 关键词：温度；测量；控制。
Abstract This course is designed to a temperature sensor LM35, an operational amplifier UA741， NE5532P and a voltage comparator LM339N circuit system of the main components. Extending the appropriate interface circuit, make a temperature control system. By changing the temperature changes and set the temperature to change the size of the two input ends of the voltage on the voltage sensor, an audion tube switch circuit to control the on-off relay to control Tec cooling piece work. This cycle of performing such a periodic motion, thus controlling the temperature in a certain range. Learn to query the literature, writing papers, and submitted to the curriculum design report and experimental products. Key words: temperature ; measure ;control
错误！未找到目录项。 1 设计题目 要求： 1．查阅相关资料，分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 2．分析系统每个环节的输入输出关系，代入相关参数求取系统传递函数。 3．分析系统时域性能和频域性能。 4．运用根轨迹法或频率法校正系统，使之满足给定性能指标要求。（已知条件和性能要求待定）
摘要 炉温控制系统---是指根据炉温对给定温度的偏差，自动接通或断开供给炉子的热源能量，或连续改变热源能量的大小，使炉温稳定有给定温度范围，以满足热处理工艺的需要。炉温自动控制用热电偶测量温度，与给定温度进行比较，将偏差信号放大后作为驱动信号，通过电机、减速器调节加热器上的电压来实现准确的温度控制。本文经过正确分析系统工作过程，建立系统数学模型，画出系统结构图后，设计与校正前系统性能分析和可采取的解决方案、方法及分析。运用matlab软件进行复杂的系统时域验证和计算机仿真，通过具体设计校正步骤、思路、计算分析过程和结果，对于炉温控制系统的研究与改进具有现实意义。 关键字炉温控制系统系统校正 matlab软件
1 工业炉温自动控制系统的工作原理 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比，c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。此时，0e r f u u u =-=，故1a u u =，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程： 控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。 ?→T C ?→↑→↑→↑→↑→↑→↓→↓T u u u u u c a e f θ1C ↑ 系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的
控制系统的工作过程与方式 一、教学目标 1.通过案例分析，归纳控制系统的基本特征； 2.了解开环控制和闭环控制的特点； 3.分析典型案例，熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程 4.学会用框图来归纳控制系统实例的基本特征，逐步形成理解和分析简单开环和闭环控制系统的一般方法 二、教学内容分析 本节是“控制与设计”第二节的内容，其内容包括“控制系统”、“开环控制系统与闭环控制系统的组成及其工作过程”是学生在学习控制在我们的生活和生产中的应用后，进一步学习有关控制系统的组成、工作方式以及两种重要的控制系统：开环控制和闭环控制，并熟悉它们工作原理和作用。 生活中不乏简单控制系统的应用，人们对此往往象看待日出日落一类自然景色般的习以为常。本部分内容的学习，正是要引导学生，从技术的角度、用控制的思维看周围的存在，分析其道理，理解其基本的组成和工作过程。 本课教学内容，从学生生活经验出发，从实例分析入手，归纳出对控制系统的一般认识，以及根据控制系统方式分类的开环控制系统和闭环控制系统两类，并侧重对开环控制系统的工作过程、方框图、重要参数进行分析。本课要解决的重点是：开环控制系统的工作过程分析，用方框图描述开环控制系统的工作过程。 三、学习者分析 学生在前面的学习中已经学习和分析了控制在生活生产中的应用，获得了有关控制及其应用的初步感性认识和体验，但是对控制的基本工作方式和工作机理还缺乏了解，他们对进一步了解控制系统的知识是有探究的欲望的。结合前面的应用案例分析，进一步分析案例中控制是如何工作的，以及有怎样的工作方式，是学生学习的最近发展区。 四、教学策略： 1. 教法： 本章的教学结合具体的教学内容和目标我们采用“案例情景—机理分析—总结归纳－认识提升”的模式展开。在教学中把知识点的教与学置于具体的案例情景当中，通过丰富而贴近生活的案例使学生从生活体验到理性分析的思维升华过程。同时关注学生能否用不同的语言表达、交流自己的体验和想法。通过富有吸引力的现实生活中的问题，使学生回想和体会控制系统的工作过程，激发学生的好奇心和主动学习的欲望。让学生本着“回想—分析—联想—猜想”的思维过程，对教学内容进行步步展开，使学生亲历自主探索和思维升华的过程。 2. 学法： 鼓励学生自主探究和合作交流，引导学生自主观察、总结，在与他人的交流中丰富自己的思维方式，获得不同的体验和不同的发展。注意引导学生体会控制系统的工作过程和方式，特别是引导学生会学用系统框图来抽象概括控制系统、帮助分析和理解控制系统的组成及其工作过程的方法 五、教学资源准备 多媒体设备、相关图片资料、技术试验工具、材料等
温度控制系统设计 目录 第一章系统方案论证错误！未指定书签。 总体方案设计错误！未指定书签。 温度传感系统错误！未指定书签。 温度控制系统及系统电源错误！未指定书签。 单片机处理系统（包括数字部分）及温控箱设计错误！未指定书签。 算法原理错误！未指定书签。 第二章重要电路设计错误！未指定书签。 温度采集错误！未指定书签。 温度控制错误！未指定书签。 第三章软件流程错误！未指定书签。 基本控制错误！未指定书签。 控制错误！未指定书签。 时间最优的控制流程图错误！未指定书签。 第四章系统功能及使用方法错误！未指定书签。 温度控制系统的功能错误！未指定书签。 温度控制系统的使用方法错误！未指定书签。 第五章系统测试及结果分析错误！未指定书签。 硬件测试错误！未指定书签。 软件调试错误！未指定书签。 第六章进一步讨论错误！未指定书签。 参考文献错误！未指定书签。 致谢错误！未指定书签。 摘要：本文介绍了以单片机为核心的温度控制器的设计，文章结合课题《温度控制系统》，从硬件和软件设计两方面做了较为详尽的阐述。 关键词：温度控制系统控制单片机 : . : 引言： 温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本文设计了以单片机为检测控制中心的温度控制系统。温度控制采用改进的数字控制算法，显示采用静态显示。该系统设计结构简单，按要求有以下功能： ()温度控制范围为°; ()有加热和制冷两种功能 ()指标要求： 超调量小于°；过渡时间小于；静差小于℃；温控精度℃ ()实时显示当前温度值，设定温度值，二者差值和控制量的值。 第一章系统方案论证 总体方案设计 薄膜铂电阻将温度转换成电压，经温度采集电路放大、滤波后，送转换器采样、量化，量化后的数据送单片机做进一步处理；
光栅传感器的工作原理 光栅数字传感器，通常由光源5(聚光镜4)、计量光栅、光电器件3及测量电路等部分组成，如图12.1.2所示。计量光栅由标尺光栅1（主光栅）和指示光栅2组成，因此计量光栅又称光栅副，它决定了整个系统的测量精度。一般主光栅和指示光栅的刻线密度相同，但主光栅要比指示光栅长得多。测量时主光栅与被测对象连在一起，并随其运动，指示光栅固定不动，因此主光栅的有效长度决定了传感器的测量范围。 1.莫尔条纹 将主光栅与标尺光栅重叠放置，两者之间保持很小的间隙，并使两块光栅的刻线之间有一个微小的夹角θ，如图12.1.3所示。当有光源照射时，由于挡光效应（对刻线密度≤50条/mm的光栅）或光的衍射作用（对刻线密度≥100条/mm的光栅），与光栅刻线大致垂直的方向上形成明暗相间的条纹。在两光栅的刻线重合处，光从缝隙透过，形成亮带；在两光栅刻线的错开的地方，形成暗带；这些明暗相间的条纹称为莫尔条纹。 莫尔条纹有如下几个重要特性： （1）莫尔条纹的运动与光栅的运动一一对应 当指示光栅不动，主光栅的刻线与指示光栅刻线之间始终保持夹角θ，而使主光栅沿刻线的垂直方向作相对移动时，莫尔条纹将沿光栅刻线方向移动；光栅反向移动，莫尔条纹也反向移动。主光栅每移动一个栅距W，莫尔条纹也相应移动一个间距S。因此通过测量莫尔条纹的移动，就能测量光栅移动的大小和方向，这要比直接对光栅进行测量容易得多。 （2）莫尔条纹具有位移放大作用 当主光栅沿与刻线垂直方向移动一个栅距W时，莫尔条纹移动一个条纹间距。当两个光栅刻线夹角θ较小时，由式（12.1.1）可知，W一定时，θ愈小，则B愈大，相当于把栅距W放大了1/ θ倍。例如，对50条/mm的光栅，W=0.02mm，若取，则莫尔条纹间距，K=573，相当于将栅距放大了573倍。因此，莫尔条纹的放大倍数相当大，可以实现高灵敏度的位移测量。（3）莫尔条纹具有误差平均效应 莫尔条纹是由光栅的许多刻线共同形成的，对刻线误差具有平均效应，能在很大程度上消除由于刻线误差所引起的局部和短周期误差影响，可以达到比光栅本身刻线精度更高的测量精度。因此，计量光栅特别适合于小位移、高精度位移测量。 （4）莫尔条纹的间距S随光栅刻线夹角θ变化 由于光栅刻线夹角θ可以调节，因此可以根据需要改变θ的大小来调节莫尔条纹的间距，这给实际应用带来了方便。 当两光栅的相对移动方向不变时，改变θ的方向，则莫尔条纹的移动方向改变。 2．光电转换 主光栅和指示光栅的相对位移产生了莫尔条纹，为了测量莫尔条纹的位移，必须通过光电器件（如硅光电池等）将光信号转换成电信号。 在光栅的适当位置放置光电器件，当两光栅作相对移动时，光电器件上的光强随莫尔条纹移动，光强变化为正弦曲线，如图12.1.4所示。在a位置，两个光栅刻线重叠，透过的光强最大，光电器件输出的电信号也最大；在c位置由于光被遮去一半，光强减小；位置d的光被完全遮去而成全黑，光强最小；若光栅继续移动，透射到光电器件上的光强又逐渐增大。光电器件上的光强变化近似于正弦曲线，光栅移动一个栅距W，光强变化一个周期。光电器件的输出电压 通过整形电路，将正弦信号转变成方波脉冲信号，则每经过一个周期输出一个方波脉冲，这样脉冲总数N就与光栅移动的栅距数相对应，因此光栅的位移为