加热炉温度控制统设计-卢雨生.doc

哈工大科技园应用技术学院 毕业论文设计 题目：加热炉温度控制系统设计 姓 名： 卢雨生 所在系部： 电气自动化 2011年 4 月  摘 要 随着计算机技术、控制理论和控制技术的发展，电加热炉的温度控制技术日趋成熟，已经成为工业生产中的一个重要部分。 本设计为基于单片机的电加热炉温度控制系统，通过控制电阻丝两端电压的工作时间，来控制电阻丝的输出平均功率，从而实现对电加热炉温度的自动控制。系统分为温度测量、A/D转换、单片机系统、键盘操作系统、温度显示电路、报警电路、D/A转换等若干个功能模块。该系统具有硬件成本低，控温精度较高，可靠性好，抗干扰能力强等特点。 关键词：电加热炉；单片机；温度控制；固态继电器 目 录 摘 要 I I 目 录 II 第一章 控制系统设计 1 1.1 系统基本结构 1 1.2 预期达到的性能指标 1 1.3 温度检测电路及元器件选择 2 1.3.1 放大器AD522 2 1.3.2 桥式测量电路设计 3 1.4 单片机最小系统外围电路 3 1.4.1 单片机8051 3 1.4.2 电源电路设计 4 1.4.3 看门狗电路设计 5 1.4.4 系统时钟电路设计 6 1.5 数据采集电路的设计 7 1.5.1 模数转换器AD574 7 1.5.2 多路转换开关CD4051 9 1.6 键盘显示接口技术及报警电路 10 1.6.1 8279的组成及工作原理 10 1.6.2 管脚功能说明 12 1.6.3 8279与键盘显示器的连接 13 1.6.4 LED报警电路的设计 14 1.7 温度控制电路设计 14 第二章 温控系统的软件设计 16 2.1 主程序流程图 16 2.2 键盘扫描和译码过程的流程图 17 2.3 通道数据采集的流程图 17 2.4 单片机主程序流程图 18 结 论 20 致 谢 21 参考文献 22 第一章 控制系统设计 1.1 系统基本结构 本系统结构框如图1-1所示，系统由8051单片机、温度检测电路、模数转换电路、温度控制电路、8279键盘显示器等组成。炉内温度由热电阻测温元件和电阻元件构成的桥式电路测量并转换成电压信号送给放大器的输入端，使信号变成0-5V电压信号，再经多路转换开关CD4051将信号送入A/D转换器，将此数字量经过数字滤波，标度转换后，一方面通过LED将炉温显示出来；另一方面，将该温度值与被测温度值比较，根据其偏差值的大小，采用比例微分控制（PID控制），通过固态继电器控温电路控制电炉丝的加热功率大小，从而控制电炉的温度，使其逐渐趋于给定值且达到平衡。 1.2 预期达到的性能指标 （1）可测控的温度范围0—1000℃ （2）实时显示温度、越限报警（3）控制精度±2℃ ，显示精度±1℃（4）实现一炉多点检测，并可扩展多炉多点检测因其测量范围大，复现性好，稳定性强等特点而被广泛使用 图1-4 8051芯片 图1-5 8051单片机的外部扩展 1.4.2 电源电路设计 由于系统用到的电源有5V、12V、15V，普通的5V直流稳压电源已不能够满足要求，所以需要设计一种5～15V电压可调的直流稳压电源电路。 电源电路设计依据电子技术相关知识为基本原理，电路主要由取样、基准电压、比较放大、调整四部分组成[3]。原理框图如1-6所示。 图1-6 电源电路原理框图 1.4.3 看门狗电路设计 在实际应用系统中，为了保证复位电路可靠的工作，常将RC电路接施密特电路后再接入单片机复位端；或采用专用的复位电路芯片。MAX813L是MAXIN公司生产的一种体积小、功耗低、性价比高的带看门狗和电源监控功能的复位芯片，其引脚图如图17，引脚功能如下： （1）：手动复位输入端，低电平有效。当该端输入低电平保持140ms以上，MAX813L就输出复位信号。 （2）RESET：复位信号输出端。上电时，自动产生200ms的复位脉冲（高电平）；手动复位端输入低电平时，该端也产生复位信号输出。 （3）WDI：看门狗输入端。程序正常运行时，必须在小于1.6s的时间间隔内向该输入端发送一个脉冲信号，以清除芯片内部的看门狗定时器，端输出低电平。 （4）：看门狗信号输出端。正常工作时输出保持高电平，看门狗输出时，该端输出信号由高电平变为低电平。 （5）PFI：电源故障输入端。当该端输入电压低于1.25V时，端输出低电平。 （6）：电源故障输出端。电源正常时输出保持高电平，电源电压变低或掉电时，输出由高电平变为低电平。 （7）VCC：工作电源，接+5V。 图1-7 MAX813L引脚图 运行出现“