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1、江苏城市职业学院江苏城市职业学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文）（届）（届）设计（论文）题目设计（论文）题目 单单片片机机控控制制电电阻阻炉炉温温控控系系统统 办办 学学 点点 （系）（系） 江江苏苏城城市市职职业业学学院院常常州州办办学学点点 专专 业业 机机 电电 一一 体体 化化 班班级级 1 10 0 机机 电电（ 1 1）班班 学学号号 1 10 00 02 20 01 13 35 50 08 81 15 5 学学生生姓姓名名 沈沈 猛猛 起起讫讫日日期期 2 20 01 13 3 年年 1 1 月月 2 23 3 号号2 20 01 13 3 年年 4 4 月月 2 25 5 号
2、号 地地点点 本本 校校 指指导导教教师师 冯冯严严冰冰 职职称称 年年月月日日江江苏苏城城市市职职业业学学院院教教务务处处制制单片机控制电阻炉温控系统1摘要摘要: : 随着社会的发展，单片机因其高可靠性和高性价比，在工业控制系统、智能化仪器仪表和智能接口等领域内应用极为广泛。本文介绍的是以 PC 机为控制核心的炉温控制系统的设计。介绍了电阻炉的工作原理及常规测温的方法；介绍了 PC 机在温度控制中对数据的采集、处理的相关知识；分析了系统的软、硬件结构及工作原理；基于单片机控制的电阻炉温度控制系统是一种智能型控制系统。该系统由 89C51 单片机及其复位电路，晶振电路，总线收发电路，译码电路，
3、温度传感器与系数接口，显示电路，存储器及接口电路组成控制器，以温度为被控制量的闭环控制系统，适用于大功率的电阻锅炉。一种基于单片机的大动态范围、温度传感器的设计研制，将被测温度信号由模拟量转换为数字量，利用单片机系统达到高精度的要求，整个系统有非线性校正、LED 显示和键盘输入等功能。单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国 50 年代开发的74 系列，或者 60 年代的 CD4000 系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大 PCB 板！但是如
4、果要是用美国 70 年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！关键词关键词：单片机；电阻炉；PID 算法；温度测量与控制单片机控制电阻炉温控系统2目录目录 前前 言言 3 3 第一章第一章 系统概述系统概述 4 4 第二章第二章 系统总体方案设计系统总体方案设计 7 7 2.1 确定系统任务 7 7 2.2 系统组成与工作原理 7 7 2.3 电阻炉的数学模型及炉温控制要求7 7 第三章第三章 硬件设计硬件设计 8 83.1 主机电路的设计 8 8 3.2 电源部分 8 8 3.3 温度检测及补偿放大电路 8 8 3.
5、4 放大电路 9 9 3.5 A/D 转换电路 9 9 3.6 过零检测电路设计 1010 3.7 晶闸管触发电路设计 1111 3.8 声光报警电路设计 1111 3.9 LED 动态扫描显示电路 1212 3.10 键盘设置电路 1313 第四章第四章 软件设计及调试仿真软件设计及调试仿真 1414 4.1 主程序设计 1414 4.2 键盘设置子程序的设计 1414 4.3 显示子程序的设计 14144.4 数据采集 1414 4.5 PID 参数的计算、过零控制及定时控 制1414 4.6 程序清单 1717 4.7 调试与仿真 2727 结束语结束语 2828 参考文献参考文献 29
6、29单片机控制电阻炉温控系统3前言前言加热炉温度的控制在生产过程中是十分重要的，电阻丝是热电阻炉的发热 体。大多采用仪表测量温度，并通过控制交流接触器的通断时间比例来控制加 热功率。由于模拟仪表本身的测量精度差，加上交流接触器的寿命短，通断比 例低，故温度控制精度低，且无法实现按程序设定的升温曲线升温和故障自诊 断功能，因此目前要对传统的温度控制方法进行改造，用微机取代常规控制已 成必然。这种系统控制精度高、重复性好、自动化程度高，可以大大提高产品 质量和减轻工人的劳动负担。 这种控制的主要目的是在工艺允许的条件下尽量降低过剩空气量，保证加 热炉高效率燃烧。简单的控制方案是通过测量烟道气中的含
7、氧量，组成含氧量 控制系统,或设计燃料量和空气量比值调节系统,再利用含氧量信号修正比值系 数。含氧量控制系统能否正常运行的关键在于检测仪表和执行机构两部分。现 代工业中都趋向于用氧化锆测氧技术检测烟道气中的含氧量。应用时需要注意 测量点的选择、参比气体流量和锆管温度控制等问题。加热炉燃烧控制系统中 的执行机构特性往往都较差，影响系统的稳定性。一般通过引入阻尼滞后或增 加非线性环节来改善控制品质。 在本系统中，单片机采用了运用较为广泛的 PID 控制算法，把检测温度和 人们输入的期望温度相比较，然后通过 PID 控制算法，计算出系统本工作周期 内应该导通的波头数，由此调节输入功率，从而达到控制温
8、度的目的。 在智能温度测量与控制电器中，单片机起了智能控制部件作用。本设计为 单片机控制电阻炉温控系统，系统智能控制部分由单片机及其相关的外围电路 组成，外围电路包括温度检测以及补偿放大电路、A/D 转换电路、过零检测电 路、晶闸管触发电路、声光报警电路、LED 动态扫描电路和键盘设计电路。单片机控制电阻炉温控系统4第一章第一章 系统概述系统概述1.1 AT89C51 单片机性能介绍单片机性能介绍 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。如图 1。图 1 AT89C51 引脚 1.1.1 主要特性 （1）与MCS-51
9、兼容 （2）4K字节可编程闪烁存储器 （3）寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年 （4）全静态工作：0Hz-24Hz （5）三级程序存储器锁定 （6）128*8位内部RAM （7）32可编程I/O线（8）两个16位定时器/计数器 （9）5个中断源 （10）可编程串行通道 （11）低功耗的闲置和掉电模式 （12）片内振荡器和时钟电路 1.1.2 管脚说明 （1）P3.0RXD（串行输入口） （2）P3.1TXD（串行输出口） （3）P3.2/INT0（外部中断0） （4）P3.3/INT1（外部中断1） （5）P3.4T0（计时器0外部输入） （6）P3.5T1（计时器1外部输入） （7
10、）P3.6/WR（外部数据存储器写选通） （8）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）单片机控制电阻炉温控系统5（9）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 （10）RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的 高电平时间。 （11）ALE/PROG:当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地 址的地位字节。 （12）/PSEN：外部程序存储器的选通信号。 (13)/EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H- FFFFH），不管是否有内部程序存储器。 1.21.2 传感器简介传感器简介 传感器是能感受规定的被测量并按一
11、定的规律将其转换成可用的输出信号 的器件或装置。传感器的输出信号通常由是电量，它便于传输，转换，处理， 显示等。通用的传感器由敏感元件和转换元件组成.如图2。图2 传感器的基本组成框图1.31.3 热处理设备的分类热处理设备的分类按加温方法分可分为电热炉和燃料炉。1.3.1 电热炉这类设备通过电热元件通电发热而升温，调节加入炉子的电功率则改变炉内的温度。电功率的调节一般采用接触器通断控制、晶闸管移相触发或通断控制。 1.3.2 燃料炉 这类设备通过燃烧燃料发热而升温，调节加入炉子的燃料量则改变炉内的 温度，如锅炉、焦炉等。常用的燃料有煤、燃气、重油等。燃料量的调节常利 用阀门、翻版等实现。 1.41.4 系统的组成系统的组成 系统由计算机、接口电路、外部设备等组成，如图3。控制对象的被测参数 经传感器、变换器，转换成统一的标准信号，再经多路开关送到AD转换器时 行模数转换，转换后的数字量经接口送入计算机。单片机控制电阻炉温控系统6图3 系统组成基本框图 1.
