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1、题目：自动加热控制系统设计摘 要目前，很多场合都需要自动加热控制系统，如锅炉、金属热处理等工业生产中。自动加热控制系统改善了生产条件差、控制精度低、资源利用率低等问题。本文设计了一个可用于金属热处理的自动加热控制系统，系统采用STC89C52单片机作为系统控制处理核心，采用数字化的温度传感器DS18B20采集水箱温度信息，并与设定值比较，计算出偏差，由固态继电器作为电加热炉的控制开关，控制器其导通时间。实测温度与给定值由LED显示。此外，还设置了温度报警功能，当期望值与实测值温差较大时进行故障声光报警。论文着重介绍了系统的硬件及软件设计。初步试验表明：该系统达到设计任务要求。该系统的电路结构简
2、单，具有人工设定、自动调节、报警显示等功能。本系统采用单片机控制，具有成本低、可靠性好、结构简单、控制能力强等特点。因此，可很多领域都得到应用。关键词：单片机，DS18B20，固态继电器ABSTRACT At present, many occasions the need for automatic heating control system, such as the boiler, the heat treatment of metals in industrial production.Automatic heating control system to improve the pr
3、oduction conditions are poor, low control precision, resource utilization rate is low problem. This paper introduces the design of a can be used in metal heat treatment automatic heating control system, the system adopts STC89C52 chip as the system control processor core, the application of digital
4、temperature sensor DS18B20 temperature information collection water tank, and is compared with the set value, calculate the deviation, by solid state relay as the electric heating furnace control switch, controller of the conduction time.The measured temperature and a given value by the LED display.
5、In addition, also set up a temperature alarm function, the desired value and the measured value of large temperature difference when the fault alarm.This paper mainly introduces the system hardware and software design.Preliminary experiments show that: the system reach the design requirements.The sy
6、stem has the advantages of simple circuit structure, with artificial settings, automatic control, alarm display and other functions. This system adopts single-chip microcomputer control, has the advantages of low cost, good reliability, simple structure, strong control ability and other characterist
7、ics.Therefore, many areas have been applied.KEY WORDS：Single chip microcomputer，DS18B20，Solid State Relay第一章 前 言1.1选题的背景意义 随着我国经济的迅速发展，能源短缺已成为制约我国工业发展的重要阻碍，社会各界都对此积极关注。此外，温湿度的自动化控制已经在工业生产中得到了广泛的应用。因此，自动加热控制系统的出现极大地解决了能源利用率的问题，有效地改善了目前资源浪费和利用率低等问题。自动加热控制系统极大地方便了以前生产条件差、控制精度低、资源利用率低等问题。温度控制系统在国内各行各业虽得
8、到了广泛的应用，但就我国目前生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然存在很多问题，存在很多弊端。目前，很多场合都需要自动加热控制系统，如锅炉、石油、化工、冶金、机械、热处理、建材、电子、材料、轻工业、制药、表面处理等工业生产中。在比如好多都与我们日常生活紧密相关的空调、电热毯、电饭锅、电磁炉、电暖气、打印机、吹风机等也都不同程度的应用了自动加热控制系统。 现在，我国正主张节能减排。因此，设计一套完善可行的自动加热控制系统具有巨大的经济意义和环保价值。自动加热控制系统与我们生活紧密联系，所以它的需求将会有一个非常可观的发展前景，况且，目前我国自动加热器的发展还不是很成熟，综合国力还有待提高，21世
9、纪赋予我们更多的机遇，同时也给了我们更大的挑战，只有提高我国的综合国力，大力加强科技教育投资力度，让我国的科技更加提高，这样才能立足世界不败之林！加热温度控制系统的设计有很多不同的方案，有的是采用手动控制，继电器控制，可控硅晶闸管控制等。1.2国内外研究方案目前国内的主要控制方法：手动控制、温度仪表显示；顺序控制器；全PLC控制；专用电脑控制加热形式有：1.电阻加热式 这也正是国内绝大多数厂家采用的方式，其特点是锅水不带电2.电磁感应加热式 其原理是当电流通过加热线圈时，就会形成电磁场，把金属铝壳至于电磁场中就会使炉壳产生涡流并导致其发热，从而完成对锅水加热的目的。传统的自动控制加热系统普遍采
10、用继电器控制技术，根据继电器的导通与关断来控制加热设备的加热。由于传统继电器采用固定接线的硬件实现逻辑控制，使控制系统的体积增大，耗电多，效率不高并且因为接线繁多容易出现故障，不能保证产品的质量以及正常的工业生产。国外的主要形式有：PID控制、模糊控制、神经网络和遗传算法等。1.3我的可选方案经分析国内外的现状及我们完成的可行性，经讨论决定我们的思路是：方案一：自动加热控制系统采用单片机为核心进行控制。期望温度值由电位器电路经过A/D转换后得到，然后与数字温度传感器DS18B20的测量结果进行比较，这样可能会存在偏差，如果偏差存在，则再经PID调节，再进行D/A转换、运算放大器放大，然后再和5
11、55定时器产生的三角波进行比较得到脉冲信号，该脉冲信号的高电平使IGBT导通以控制电阻丝加热，再用数字温度传感器测温，构成闭环。直至测量的温度与期望值相等，最后经LED显示实测值。设计的主要内容包括52最小系统、电位器电路、A/D转换模块、D/A转换模块、555定时器模块、运算放大器和比较器、加热和测量模块、显示模块。方案二：利用单片机作为最小系统进行控制，期望温度值由电位器电路经过A/D转换后得到，实测温度值通过DS18B20测得，然后将期望值与实测值的进行比较，但这样可能会存在偏差，如果偏差为正，则固态继电器吸合，电炉开始加热，如果偏差为负，则固态继电器不吸合，直至测量的温度与期望值相等，
12、最后经LED显示。此外，本设计还设置了温度报警功能，当期望值与实测值温差较大时进行报警警示，温差较小时则不报警。这样有利于提示工作人员更好的进行温度控制，而且，我们采用了灯光和蜂鸣器双报警，这样就避免了一个报警出现问题，导致不能正常报警，使其出现误差。同时，对于有的噪声干扰大的工作环境中，采用声源报警可能无法正确识别；而对于有的能见度低的工作环境中，采用灯光报警也不利于识别。因此，采用双报警有效地避免了报警误差。设计的主要内容包括52最小系统、电位器电路、A/D转换模块、加热和测量模块、显示模块、报警模块。最后，我们以方案一为主，方案二作为预备方案，实现对水温的检测控制。 第二章 总体设计方案
13、2.1 设计指标1.控制加热炉中水温的恒定；2.采用位式调节规律；3.运行开始后，可显示瞬时温度和设定温度值；4.具有上下限报警功能；5.可以实时设置期望温度值；2.2 系统概述本课题所设计的自动加热控制系统主要包括两部分：硬件电路及软件程序。硬件电路采用ATMEL公司的AT89C52作为主处理器，系统主要由信号采集、A/D转换、数据处理输出、LED显示等模块组成。各部分电路的设计及原理将会在硬件电路设计部分详细介绍；程序的设计使用C语言编程，利用Keil 软件对其编译和仿真，详细的设计算法将会在程序设计部分详细介绍。系统控制原理框图如下：测量值被控变量偏差给定值测温传感器控制器执行器被控对象
14、图2-1 控制原理框图 首先给定一个温度期望值然后与测量值进行比较，将得到后的偏差通过控制器再经过调节控制执行器对加热设备进行加热，然后经测温传感器进行测温，将实测值再与期望值进行比较，直至实测值与期望值相符合。2.3系统总体方案2.3.1方案一的系统总体方案框图比较器电位器A/D控制器D/ANE555IGBT加热杯测温元件图2-2 方案一系统总体方案2.3.2方案二的系统总体方案框图温度值电位器A/D控制器继电器加热杯测温元件图2-3 方案二的系统总体方案2.4控制方案选择 在实际的温度测量系统中，常用的控制方法有开关控制和PID控制等。开关控制的输出规律是根据输入的偏差的正负，控制器的输出
15、为最大或最小。这种控制方法比较简单，易于实现。但其存在一定的滞后，使得温度在设定值附近有一定的波动，不适合高精度的温度控制中。PID控制具有较强的适用范围，可适用于控制对象惯性较大且控制精度要求较高的场合。这种控制既能快速控制，又能消除余差，具有较好的控制技能。2.4.1开关控制介绍 开关控制又称双位控制，其控制器只有最大或最小两个输出值，相应的执行器只有开和关两个极限位置。理想的双位控制器其输出y与输入偏差error之间的关系为： 理想的双位控制特性如图：图2-4 双位控制特性2.4.2 PID控制介绍在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制是应用最为广泛的一种自动控制器。它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点；因此PID控制器是一种最优控制。参数的选择： 比例系数P对系统性能的影响：在连续控制方式中，最基本的控制规律就是比例控制。比例系数越大，放大倍数就越大，将偏差放大的能力越强，控制力度也就越强，反之亦然。比例控制的优点是控制及时、反应灵敏，偏差越大，控制力度越强，但其缺点是控制结果存在余差。积分控制I对系统性能
