课程设计---电加热炉计算机温度控制系统.doc

计算机控制技术 课程设计报告 题 目 电加热炉计算机温度控制系统 学院(部) 电子信息工程学院 　 专 业 自动化 　 学生姓名 　 学 号 200810311326 年级 2008级 指导教师 职称 2011年 6月 20日 目 录 1.引言 1 2.系统工作原理 1 3.硬件的设计与实现 2 3.1 系统硬件设计 2 3.2 单片机最小系统 2 3.3 A/D转换器 3 3.4 LED数码管 4 3.5 键盘电路 4 3.6 晶闸管及其控制电路 5 3.7炉温检测电路 5 4.系统控制流程及软件设计 6 4.1总体流程图 6 4.2程序块流程图 6 4.2.1 温度控制系统主程序及流程图 6 4.2.2 LED数码管显示子程序及其流程图 8 4.2.3 A/D转换程序及流程图 8 4.2.4 数字控制器的设计 9 4.2.5键盘控制流程图 10 5.设计工作总结及心得体会 12 参考文献 13 附录:电加热炉计算机温度控制系统设计电路图 14 1.引言 温度是工业对象中主要的被控参数之一。为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度，节约能源，对加热用的各种电炉要求在一定条件下保持恒温，不能随电源电压波动或炉内物体而变化，或者有的电炉的炉温根据工艺要求按照某个指定的升温或保温规律而变化，等等。 工业生产过程中，用模拟控制来控制电加热炉温已经取得了较为成熟的经验，但他的控制精度较低，显示操作不方便，为此引入了计算机控制系统对温度进行数字算法控制。由于电炉加热的时间常数相对于采样周期来说很大，所以电炉加热控制系统的动态特性可以看作一阶滞后环节来近似，在控制算法上可采用PID控制或其他纯滞后补偿算法。 本课程设计所控制的电加热炉的加热能源是热阻丝，根据控制系统要求，设计控制方案和主电路及各检测控制模块电路，然后针对温度控制要求计算电路元件所需参数，应用PID控制算法，实现温箱的闭环控制。进而了解温度控制系统的特点及运用计算机设计控制程序实现计算机自动控制温度的方法。 2.系统工作原理 整个加热炉的温度控制系统采用典型的反馈式闭环控制，系统结构框图如图2.1所示。 数字控制器的功能采用单片机AT89c51实现，执行器的作用由可控硅实现，温度有采样与测量采用热电偶及变送器实现。 数字控制器的设计：在温度调节系统中，由于加热炉温度的时间常数很大（相对于采样周期而言），所以其闭环调节可以用一个一阶滞后环节来近似。可以采用直数字控制，也可以采用模糊控制和PID控制，本设计中采用PID控制，其控制系统的调节原理如图2.2所示： 炉温控制的基本原理是：改变可控硅的导通角即改变电热炉加热丝两端的有效电压，有效电压可在0—140V内变化。温度传感器是通过一只热敏电阻及其放大电路组成，温度越高其输出电压越小。外部LED灯的亮灭表示可控硅的导通与关断的占空比时间，如果炉温低于设定值则可控硅导通，系统加热，否则系统停止加热，炉温自然冷却到设定值。 3.硬件的设计与实现 3.1 系统硬件设计 本系统的硬件设计主要包括：单片机最小系统、模数转换器、温度变送器、控制键盘、LED显示数码管、光电隔离可控硅触发电路。硬件系统框图如图3.1所示： 3.2 单片机最小系统 本系统采用AT89C51单片机作为该控制系统的核心，实现对温度的采集、检测和控制。单片机控制A/D转换器，接收由A/D转换器转换得到的二进制温度数据，并对其进行数字滤波、标度变换并与输入的参照温度相比较，得出误差，根椐PID算法求出控制温度达到期望值所需要的控制量。通过调节高低电平输出时间，控制可控硅的接通时间，从而改变电炉的输出功率，达到调温的作用。单片机及其接口电路图如图3.2所示： 3.3 A/D转换器 A/D转换器在该系统中的功能是将温度变送器输出的1—5V电压信号转换为单片机能识别的二进制代码，供给单片机做进一步的处理。电热炉的温度变化范围为室温到1000℃，将控制精度确定限定在5℃范围内，则可选择8位A/D转换器，其最小精度可以达到1000℃÷256=3.921℃＜5℃，则选择ADC0808或ADC0809均可满足设计要求，这里选择ADC0809。 ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成，其内部结构如图3.3所示。 ADC0809的工作过程：首先输入3位地址，并使ALE=1，