加热炉温度控制器设计详解.doc

内蒙古科技大学 智能仪表综合训练设计说明书 题 目：加热炉温度控制器设计 学生姓名： 学 号： 专 业：测控技术与仪器 班 级：2010-3 指导教师： 摘要 本设计采用单片机STC89C52作为数据处理与控制单元，以电阻炉作为控制对象，用K型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。该系统用K型热电偶温度传感器，把检测到的电阻炉温度的信号送入MAX6675芯片，在芯片内部经过滤波、放大冷端补偿 关键字：电阻炉摘要 II 目录 1 第一章 概述 2 1.1电阻炉简介 2 1.2电阻炉的发展 2 1.3PID简介 3 第二章 总体方案设计 4 2.1设计总体思路 4 2.2模块功能 5 第三章 硬件设计 6 3.1热电偶工作原理 6 3.2温度检测电路 7 3.3STC89352单片机 9 3.4显示电路 12 3.5串口通信电路 15 3.6报警电路 15 3.7复位电路 16 3.8独立按键回路 17 3.9温度控制回路 18 第四章软件设计 19 4.1 软件设计思路 19 4.2 系统软件流程图 19 4.2.1 主程序流程图 19 4.2.2 PID子程序 21 4.2.3 显示流程图 24 4.2.4 键盘处理流程图 25 第五章 调试过程 27 5.1硬件连接图 27 5.2调试和仿真 27 5.3结果分析 29 参考文献 30 附录1：程序 31 附录B：硬件原理图 39 第一章 概述 电阻炉是工农业生产中常用的电加热设备广泛应用于冶金、机械、建材等行业，而大功率的电阻炉则应用在各种工业生产过程中。然而，大多数电阻炉存在着各种干扰因素，将会给工业生产带来极大的不便。因此，在电阻炉温度控制系统的设计中，应尽量考虑到如何有效地避免各种干扰因素选择合适的芯片及控制算法是非常有必要的。电阻炉是利用电流过电阻体产生热量来加热或熔化物料的类电炉。它的特点：电路简单；对炉料种类的限制少；（小型电阻炉可加热食品、干燥木材）；炉温控制精度高；容易在真空中加热等特点。它：机械零件的淬火退火、渗碳等热处理各种材料的干燥、加热、烧结、熔化等。 炉体由炉壳、加热器、炉衬（包括隔热屏）等部件组成。电阻炉的主要参数由额定电压、额定功率、额定温度、工作空间尺寸。生产率、空炉损耗功率、空炉升温时间、炉温控制精度及炉温均匀性等PID控制温度系统的效果，主要取决于P、I、DPID控制对于确定了的温度系统控制效果较好，但是对控制大惯性、大滞后、时变性温度系统则难以保证其控制品质。电阻炉大多是经电阻丝加热升温，自然冷却降温的，当电阻炉的温度超调时，无法靠控制手段降温，所以电阻炉温度的控制具有滞后性、非线性、惯性、不确定性等特点。目前国内较成熟的电阻炉温度控制系统中，以PID控制器为主。PID控制器对小型实验用的电阻炉控制效果良好，但对于大型工业用电阻炉，就难以保证电阻炉温度控制系统的稳定性及精度等问题。 第二章 总体方案设计 2.1设计总体思路 本系统由单片机STC89C52、温度检测电路、显示电路、温度控制电路等部分组成。其硬件原理图如图2.1所示。 此电阻炉温度控制器主要是以单片机STC89C52为核心，通过热电偶采集热端温度送给MAX6675进行冷端温度补偿得到实际温度t，然后再放大并进行线性化处理，之后经单片机STC89C52进行PID控制，最后通过八段数码管LED显示实时温度值与设定值。它用最简单的硬件单元和软件编程实现了温度采集、温度PID控制、温度显示、上限报警等功能。在系统中，利用热电偶测得电阻炉实际温度并转换成毫伏级电压信号。该电压信号经过MAX6675转换成与炉温相对应的数字信号进入单片机，单片机进行数据处理后，通过LED显示温度，同时将温度与设定温度比较，根据设定计算出控制量，根据控制量通过控制继电器的导通和关闭从而控制电阻丝的导通时间，以实现对炉温的控制。 图2.1硬件原理图 2.2模块功能 单片机：该部分的功能包括读取温度数据、数据处理，还要对执行单元进行控制。单片机是整个系统的数据处理核心及控制核心。温度信号采集与：本部分的主要是用传感器检测温度信号，温度传感器电流随环境温度值变化。电流信号转换成电压信号，使用MAX6675将模拟电压信号转换成数字信号单片机进行数据处理人机交互及串口通信：人机交是为了提高系统的和实用性。主要包括输出显示按键输入。输出显示数据的显示输出通过按键输入完成系统参数设置，而串口通信的主要是完成单片机与上位机的通信。温度采集和控制系统已广泛应用于工业生产，科研和人民生活的领域。在工业生产过程中，使生产能顺利进行，充分保证产品的质量需要对温度进行严格的监控。使用自动温度控制系统可以对生产环境的温度进行自动控制，保证生产顺利、安全进行，从而提高的