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1、湖湖 南南 科科 技技 大大 学学 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题目题目 基于单片机的电阻炉温度基于单片机的电阻炉温度 控制设计控制设计 作者作者彭彭 朗朗 学院学院信息与电气工程学院信息与电气工程学院 专业专业电气工程及其自动化电气工程及其自动化 学号学号0854010318 指导教师指导教师周少武周少武 二一二 年 六 月 五 日 湖南科技大学潇湘学院本科毕业设计（论文） I 基于单片机的电阻炉温度控制系统设计基于单片机的电阻炉温度控制系统设计 摘摘 要要 电阻炉是利用电流通过电阻体产生的热量来加热或熔化物料的一类电炉。电阻炉在化 工、冶金等行业应用广泛，因此温度控制在工业生产和科学
2、研究中具有重要意义。 电阻炉由炉体、电气控制系统和辅助系统组成。炉体由炉壳、加热器、炉衬（包括隔 热屏）等部件组成。电气控制系统包括电子线路、微机控制、仪表显示及电气部件等。辅 助系统通常指传动系统、真空系统、冷却系统等，随炉种的不同而已。 本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，用热电偶作为测量元件，用固态继电器 作为输出控制元件来实现对电阻炉温度自动控制。单片机控制 K 型热电偶温度传感器， 把温度信号通过 A/D 转换器采集到单片机里。单片机经数据处理、PID 运算，发出控制信 息改变执行模块的状态，同时用 LED 显示显示值 PV、设定值 SV。本设计通过 4 个按键 来进行人机交互和
3、 LED 显示，进而使电阻炉的温度始终保持在要求范围内。 关键词关键词：单片机；温度；电阻炉； PID控制 湖南科技大学潇湘学院本科毕业设计（论文） II Res is tance Furnace Temperature Control Sys tem Based on Single chip Computer Abstract The resistance furnace is using the electric current through the resistance body heat generation to heating or melting of a class of m
4、aterials electric stove. The resistance furnace in chemical industry, metallurgy industry, etc, so the temperature control is widely used in industrial production and scientific research of to have the important meaning. Resistance furnace, the furnace, the electric control system and auxiliary syst
5、ems. Furnace shell, heater, by furnace lining (including insulation screen) and etc. Electrical control system including electronic circuits, microcomputer control, the instrument shows and electrical parts, etc. Auxiliary system usually refers to the transmission system, vacuum system, cooling syst
6、em, etc, with the difference of the boiler. This design USES the single chip microcomputer as the data processing and the control unit, the thermocouples used as measuring element, with solid state relay as the output control elements to achieve resistance furnace temperature automatic control. Sing
7、le-chip microcomputer control of the temperature sensor, K thermocouple temperature signal through the A/D converter collection to the chip. The single-chip microcomputer data processing, PID operation, a control information change executive module form, and the display value, in LED display PV, set
8、 data SV. This design through the 4 buttons for human-computer interaction and LED display, and the resistance furnace temperature remains in the requirements range. Key words：The resistance furnace; Temperature; SCM; PID control 湖南科技大学潇湘学院本科毕业设计（论文） III 目目 录录 摘 要 I ABSTRACTII 第一章 绪论1 1.1 温度控制系统设计的背
9、景、发展历史及意义 1 第二章 系统总体方案设计与论2 2.1 温度控制系统的目的和功能 2 2.2 设计内容 2 2.3 系统设计方案的论证与比较 3 第三章 电阻炉温度控制系统硬件设计5 3.1 最小系统结构框图 5 3.1.1 单片机 5 3.1.2 单片机的主控单元 6 3.1.3 复位电路 8 3.1.4 时钟电路 9 3.2 温度采集与传感器10 3.2.1 放大电路12 3.2.2 温度传感器的选择13 3.2.3 热电偶温度信号的线性化15 3.2.4 A/D 转换电路 16 3.2.5 数字 PID 算法 18 3.3 人机交互电路20 3.3.1 按键20 3.3.2 显示
10、电路22 3.4 串口通信25 3.5 输出电路设计26 湖南科技大学潇湘学院本科毕业设计（论文） IV 3.5.1 报警单元26 3.5.2 输出控制单元26 第 4 章 软件设计28 4.1 设计思路28 4.2 程序设计29 4.2.1 采样程序30 4.2.2 显示子序31 4.2.3 按键子程序32 4.2.4 PID 控制子程序 33 4.3 程序清单37 第五章 仿真 46 5.1 仿真说明 46 5.2 仿真结果 46 结 论 49 参考文献50 致 谢 51 附录：原理图 52 湖南科技大学潇湘学院本科毕业设计（论文） 1 第一章第一章 绪论绪论 1.11.1 温度控制系统设
11、计的背景、发展历史及意义温度控制系统设计的背景、发展历史及意义 温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，是与人们息息相关的一个实际问题。针 对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。 单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测 和温度控制。随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样，各种适用于不同场合的智能温 度控制器应运而生。 电阻炉是利用电流通过电阻体产生的热量来加热或熔化物料的一类电炉。它的特点： 电路简单；对炉料种类的限制少；（小型电阻炉可以加热食品、干燥木材等）； 炉温控制精度高；容易实现在真空或控制气氛中加热等特点。它适用于：机
12、械零件 的淬火、回火、退火、渗碳、氮化等热处理 ；各种材料的加热、干燥、烧结、钎焊、 熔化等。电阻炉的主要参数有额定电压、额定功率、额定温度、工作空间尺寸。电阻炉按 炉温不同可以分为低温电阻炉(600700以下)、中温电阻炉(7001200)、高温电阻 炉(1200以上)。 电阻炉被广泛应用在冶金、机械、石油化工、电力等工业生产中，在很多生产过程中， 温度的测量和控制与生产安全、生产效率、产品质量、能源节约等重大技术经济指标紧紧 相连。因此各个领域对电阻炉温度控制的稳定性、可靠性、精度等要求也越来越高，温度 测量控制技术也成为现代科技发展中的一项重要技术。 温度控制技术的发展经历了三个阶段：1、定值开关控制；2、PID控制；3、智能控制。 PID控制温度的效果主要取决于P、I、D三个参数。PID控制大滞后、大惯性、时变温度系 统时，其控制品质难以保证。电阻炉是由电阻丝加热升温，靠自然冷却降温，PID控制对 小型电阻炉的温度控制
