基于单片机的电加热炉温度控制毕业设计论文
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1、基于单片机的电加热炉温度控制摘要电加热炉随着科学技术的开展和工业生产水平的提高，已经在冶金、化工、机械等各类工业控制中得到了广泛应用，并且在国民经济中占有举足轻重的地位。对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数字模型，因此用传统的控制理论和方法很难到达好的控制效果。单片机以其高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点，在工业控制系统、智能化仪器仪表等诸多领域得到广泛应用。采用单片机进行炉温控制，可以提高控制质量和自动化水平。本设计为基于单片机的电加热炉温度控制系统，通过采用硬件与软件的结合实现对电加热炉温度的自动控制。硬件
2、电路主要包括：加热及控制电路局部，数据采集和模/数A/D转换处理局部，键盘和显示器局部，单片机与各局部的接口处理局部。软件设计主要由温度控制的算法和温度控制程序组成，其原理是先求出实测炉温对所需炉温的偏差值，而后对偏差值的处理而获得控制信号去调节加热炉的加热功率，以实现对炉温的控制。其中控制电路局部利用双向可控硅的通断特性来决定加热电路的通电与断电该系统具有硬件本钱低，控温精度高，可靠性好，抗干扰能力强等特点。关键词：电加热炉；单片机；温度控制；双向可控硅。目录摘要1第1章 绪论4课题的提出4系统设计目的及要求4课题的分析与设计思路5第2章 温度控制系统的概述7微机控制系统简介7电加热炉温度控
3、制系统的特性7电加热自动控制原理8第3章 系统电路分析硬件9温度检测电路9电源设计电路93.3 RS232/485转换电路103.4 PWM式键盘接口电路12可控硅调功电路13第4章 芯片介绍15单片机AT89C51介绍154.2 MC14499芯片介绍154.3 MAX197芯片164.4 74HC4060芯片17第5章 系统控制算法仿真18飞升曲线185.2 PID算法仿真19第6章 MCGS组态236.1MCGS 的整体结构236.2 MCGS软件的功能和特点236.3 MCGS组态过程24第7章 系统的程序设计26系统主程序26系统中断效劳程序36系统PID子程序37第8章
4、附录41参考资料41大林仿真程序41系统程序42硬件设计总图44第9章 总结45第1章 绪论课题的提出近年来随着计算机在社会各领域的渗透，单片机的应用正在不断地走向深入，同时也带动了传统控制检测的更新与开展。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及具体应用对象特点的软件结合，以作完善。单片机控制系统由微机和工业生产对象两大局部组成。随着新技术的不断开发与应用，近来单片机开展十分迅速，其应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。尤其在工业控制、自动化仪器仪表、计算机系统接口、智能化外设
5、等领域开展很快。它的应用对于产品升级换代、机电一体化都具有重要意义。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。其中，温度控制也越来越重要。在工业生产的很多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反响炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用单片机对温度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，从而能够大大的提高产品的质量和数量。系统设计目的及要求本设计的目的是通过本课题设计，懂得综合运用单片机及接口技术、微机原理、微电子技术和锻炼动手操作能力，掌握运用能力，学习论文的写作方法和步骤。掌握电加热炉温度控制系统的组成及原
6、理，掌握各局部的功能及作用，了解单片机的开展前景。本设计的温度系统有以下要求：1. 测温范围 ：0-1002 测温分辨力<3. 测温准确度：<±14. 测温点数：可以扩展到8点5. 温度显示：采用4个7段段数码管6. 温限那么进行灵活设定课题的分析与设计思路 分析硬件电路主要包括：加热及控制电路局部，数据采集和模/数A/D转换处理局部，键盘和显示器局部，单片机与各局部的接口处理局部。软件设计主要由温度控制的算法和温度控制程序组成。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响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。本设计是以AT89C51单片
7、机为系统的控制核心，实现对温度的采集、检测和控制。被控制对象为一电加热炉，输入为加在电炉两端的电压，输出为电加热炉内的温度。本系统是对在0100范围内的电炉温度进行精密测量。整个系统也可划分为控制电路局部、加热电路局部和测量电路三局部。控制电路是由单片机来处理给定信号和反响信号，发出相应的指令来控制可控硅，是系统的核心。AT89C51对温度的控制是通过可控硅调功能电路实现的。在给定的周期T内，AT89C51只要改变可控硅管的接通时间便可改变加热丝的功率，从而到达调节温度的目的。而可控硅的接通时间可以通过可控硅极上触发脉冲控制。该触发脉冲由AT89C51用软件在P1.3引脚上产生，受过零同步脉冲
8、同步后经光耦合管和驱动管输出送到可控硅的控制极上。过零同步脉冲是一种50HZ交流电压过零时刻的脉冲，可使可控硅在交流电压正弦波过零时触发导通。该脉冲一方面作为可控硅的触发同步脉冲加到控制电路中，另一方面还作为计数脉冲加到AT89C51的T0和T1端。加热电路用来实现对系统的升温加热到达预定的温度。当温度没有到达要求，控制电路利用双向可控硅的通断特性来决定加热电路的通电与断电。测量电路功能为将测量到的信号经过处理变成数字信号送入单片机中进行处理。主要由温度检测和变送器组成。温度检测元件和变送器的类型选择和被控温度及精度等级有关。除上述电路，AT89C51还要有MC1449974HC4060RS2
9、32-RS485和MAX197等芯片接口电路。其中MC14499用于LED显示器接口，74HC4060用于键盘接口，RS232-RS485作为串行通信口，MAX197为温度测量电路的输入接口，用于把连续变化的信号进行离散化。最终再通过控制电路中的键盘显示器电路实现人机对话功能。系统结构框图如图1.1所示： 图1.1 系统结构框图软件设计主要为控制器局部，即温度控制系统，采用PID算法，其原理是先求出实测炉温对所需炉温的偏差值，而后对偏差值进行处理而获得控制信号去调节加热炉的加热功率，以实现对炉温的控制。PID根本可满足系统要求。程序设计是本次设计的核心局部。整个程序包括管理程序和控制程序两局部
10、。管理程序是对显示LED进行动态刷新，控制指示灯，处理键盘的扫描和响应，进行掉电保护，执行中断效劳程序等。控制程序是用来对被控进行采样，数据处理，根据控制算法进行计算和输出等。第2章 温度控制系统的概述微机是微型处理机、微型计算机、微型计算机系统的统称。微处理机，简称CPU，是一个大规模集成电路LSI器件或超大规模集成电路VLSI器件，包括数据通道、多个存放器、控制逻辑和运算逻辑部件等，是完成计算机对信息的处理与控制等功能的中央处理器件。微型计算机，简称MC,是以微处理机CPU为中心，加上只读存储器ROM、读写存储器RAM、输入/输出接口电路、系统总线及其他支持逻辑电路组成的计算机。微机控制系
11、统是将采集到的各工作设备的工作状况显示要素转换成计算机能接受的数据信息，通过预置的程序处理对其状态的性质与变化程度作出分析与判断，并对相关工作设备发出指令，维持或调整工作状态。在这一系统中，微机是工作核心，是大脑，对工作设备的有效控制起着至关重要的作用。就微机控制系统而言，一般可按如下步骤进行设计：确定系统整体控制方案、确定控制算法、选用微型计算机、系统总体设计和软件设计等。单片机炉温控制系统结构主要由单片机控制器、可控硅输出局部、热电偶传感器、温度变送器以及被控对象组成，如图1所示。被控制对象具有典型的多阶容积迟后特性，在工程上往往近似为包含有纯滞后的二阶容积迟后；由于被控对象电容量大，通常
