单片机炉温系统的课程设计.doc

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。为适应这一需要有必要设计一个性能良好、 操作方便的温度控制系统。课题主要设计一个炉温测控系统 ，控制锅炉中水的温度，选择合适的控制规律，使锅炉中水的温度按预定规律变化，并且能够进行越限报警。可通过键盘可显示电路设定目标温度和参数。 本设计为基于AT89C51单片机的电加热炉温度控制系统，通过控制电阻丝的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； 摘 要 I 第一章 绪 论 1 1.1 本设计选题意义 1 1.2 炉温控制国内外发展趋势 1 1.3 本设计主要工作任务 2 第2章 系统总体设计 3 2.1 系统总体的结构图 3 2.2 温度控制元器件选择 3 第二章 系统的硬件设计 6 3.1单片机最小系统 6 3.1.1 时钟电路 8 3.1.2 复位电路 9 3.1.3看门狗电路 9 3.1.4单片机扩展电路设计 10 3.1.5电源电路设计 12 2.2 数据采集电路 13 2.3 键盘显示电路 14 2.4 LED报警电路 16 2.5 温度控制电路 17 第4章 温控系统的软件设计 18 4.1 主程序流程图 18 4.2 键盘扫描和译码过程的流程图 19 4.3 通道数据采集的流程图 19 结 论 21 参考文献 22 附 录 23 第一章 绪 论 1.1 本设计选题意义 随着现代科学技术的迅猛发展，各个领域对温度控制系统的精度、稳定性等的要求越来越高，控制系统也千变万化。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，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等等。而且在我们的日常生活中也使用微波炉、电阻炉、电热水器、空调等家用电器，温度与我们息息相关。可见温度控制电路广泛应用于社会生活的各个领域，所以对温度进行控制是非常有必要和有意义的。随着电炉广泛应用于各行各业， 其温度控制通常采用模拟或数字调节仪表进行调节，但存在着某些固有的缺点。而采用单片机进行炉温控制，不仅可以大大地提高控制质量和自动化水平，而且具有良好的经济效益和推广价值。为适应以上现实需要有必要设计一个基于单片机的性能良好、 操作方便的温度控制系统。 1.2 炉温控制国内外发展趋势 自1980年以来，由于工业过程控制的需要，特别是微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度测控系统发展迅速，尤其是控制方面，在智能化、自适应、参数自整定等方面取得显著成果。在这方面，以日本、美国、德国、瑞典等国家技术领先，都生产出了一批商品化、性能优异的温度控制仪表，并在各行业广泛应用。其特点是适应于大惯性、大滞后等复杂温度测控系统，具有参数自整定功能和自学习功能，即温控器对控制对象、控制参数及特性进行自动整定，并根据历史经验及控制对象的变化情况，自动调整相关控制参数，以保证控制效果的最优化。温度控制系统具有控制精度高、抗干扰力强等特点。目前，国外温度控制仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方向发展。 电阻炉是热处理生产中应用最广泛的加热设备，它在机械，冶金等行业的生产中占有十分重要的地位。对电阻炉温度控制的好坏直接影响工艺要求的温度水平和加热质量，以致直接影响产品的质量、产量和生产消耗指标，所以国内外关于电阻炉自动控制的研究一直备受重视，发展比较快，也取得了较为丰硕的成果。总的来说，电阻炉温度控制的发展分为以下三类： 1.3 本设计主要工作任务 本课题设计在对各类温度传感器原理介绍的基础上，根据本设计实际的任务要求，完成温度传感器芯片的选型，系统芯片的选择，并设计电源电路显示接口电路报警电路。系统读取温度值，测量数据经处理后，将其与设定的温度比较，发现超限，则发出报警信号，未超限时，系统显示正常的温度度值。根据设定的算法计算出控制量，根据控制量控制固态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。 （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2.3 桥式测量电路 该桥式电路能够把温度变化所引起的热电阻阻值的变化转换成电压信号送给放大器的输入端，由于铂电阻安装在内，通过长导线接入控制台，为了减少引线电阻的影响采用三线制接法