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1、 毕 业 设 计（论文）题 目： 加热炉多参数检测和炉温控制技术 学 院： 电气与电子信息工程学院 专业名称： 应用电子技术 学 号： 0630210110 学生姓名： 王 有 敏 指导教师： 胡 蔷 2009年 5月10日摘 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。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、反应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。因此，单片机对温度的控制问题是
2、一个工业生产中经常会遇到的控制问题。 单片机是一种集CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统等部分于一体的器件，只需要外加电源和晶振就可实现对数字信息的处理和控制。因此，单片机广泛用于现代工业控制中。 本论文侧重介绍“单片机温度控制系统”的软件设计及相关内容。论文的主要内容包括：采样、滤波、键盘、LED显示系统，加热控制系统，单片机MCS-51的开发以及系统应用软件开发等。作为控制系统中的一个典型实验设计，单片机温度控制系统综合运用了微机原理、自动控制原理、模拟电子技术、数字控制技术、键盘显示技术等诸多方面的知识，是对所学知识的一次综合测试。关键词：MCS-51；8051；温度控制；PID
3、ABSTRACTWith scientific constant progress, in industrial production, electric current, voltage, temperature, pressure are mainly commonly used. especially in the heat treatment industry, the accurate test and controlling of temperature is very important. In a lot of fields, for example: In metallurg
4、ical industry, chemical production, power engineering, machine manufactures, food processing, family and industry heat etc. people need to heating furnace, heat-treatment furnace and all kinds of response stove and boiler temperature measure and control, through software design, to reach the intelli
5、gent control finally and realize the interactive function.Adopt Single-Chip Microcomputer is it control convenient, simple, flexibility advantage such as being heavy to have not merely to control to go on to temperature to come, and can raise by technical indicator not to accuse of temperature by a
6、large margin, thus can big improvement quality and the quantity of products. So the control problem to the temperature of Single-Chip Microcomputer is the control problem constantly be able to encounter in the industry manufacture.This thesis introduces the design and debugging of “the temperature c
7、ontrol system by microcomputer”. As a typical experimental design in control system, it uses much control knowledge and comprehensively tests students ability in control system.The content of this thesis mainly includes: introduces, filtering ware, keyboard, man-computer dialogue supported by LED in
8、dication, heat control method, the development of micro-computer MCS-51 and systemic applied software. Key words：MCS-51, 8051, temperature control, PID目 录第一章 绪论11.1 概述11.2 课题分析11.3 设计思路2第二章 MCS-51单片机的基本知识42.1 MCS-51单片机的结构42.2 8051存储器配置52.3 定时器及其应用82.4 本章小结9第三章 采样与滤波103.1 采样103.1.1 ADC0809的主要功能103.1.
9、2 逐次逼近式转换原理113.2 数字滤波113.2.1 硬件滤波器113.2.2 数字滤波器123.3 可控硅143.3.1 可控硅的结构143.3.2 可控硅的基本特性143.4 本章小结15第四章 控制系统的算法164.1 PID控制的离散化164.2 PID位置式算法174.3 PID的增量式算法184.4 PID算法的改进184.4.1 积分分离PID控制算法194.4.2 不完全微分PID算法204.4.3 微分先行PID算法214.4.4 带死区的PID控制224.5 PID控制器的参数整定224.6 Smith 预估器的补偿原理264.7 数字Smith预估系统284.8 本章
10、小结30第五章 系统程序设计315.1 主程序315.2 键盘扫描及显示程序325.3 T0中断服务程序335.4 子程序345.4.1 采样子程序SAMP345.4.2 数字滤波子程序FILTER365.4.3 PID计算子程序365.5系统调试37 5.5.1硬件调试37 5.5.2软件调试38 5.6 本章小结39结束语40参考文献41致 谢42第一章 绪论1.1 概述随着现代工业的逐步发展，在工业生产中，温度、压力、流量和液位是四种最常见的过程变量。其中，温度是一个非常重要的过程变量。例如：在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等许多领域，都需要对各种加热炉、热处理炉、反应
11、炉和锅炉的温度进行控制。然而，用常规的控制方法，潜力是有限的，难以满足较高的性能要求。采用单片机来对它们进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大的优点，而且可以大幅度提高被测温度的技术指标，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。1.2 课题分析单片机温度控制系统，是利用单片机作为系统的主控制器，测量电路中的温度反馈信号经A/D变换后，送入单片机中进行处理，经过一定的算法后，单片机的输出用来控制可控硅的通断，控制加热炉的输出功率，从而实现对温度的控制。本单片机温度控制系统的具体指标要求是，对加热器加热温度调整范围为6001000，温度
12、控制精度小于3，系统的超调量须小于15%。软件设计须能进行人机对话，考虑到本系统控制对象为电炉，是一个大延迟环节，且温度调节范围较宽，所以本系统对过渡过程时间不予要求。单片机是一种集CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统于一体的器件，只需要外加电源和晶振就可以实现对数字信号的处理和控制。本设计运用MCS-51系列单片集中的8051单片机为主控制器，对加热炉的温度进行智能化控制，最终通过软件设计来实现人机对话功能，实现对加热炉的温度控制。本论文主要介绍单片机温度控制系统，内容主要包括：采样、滤波、键盘显示、加热控制系统，单片机MCS-51的开发及系统应用软件的开发等。全文共分五章。第一章绪论介绍课题背景、目的、意义及设计的总体思路。第二章介绍主控
