基于单片机的炉温自动检控系统答辩稿

本科毕业论文（设计） 基于单片机的炉温检控系统 学生姓名： 许斌 所在院系： 机电学院 所学专业： 应用电子技术教育 导师姓名： 郑艳玲 设计目的 电阻炉是一种简单实用的加热设备，在工业生产中得到了广泛的应用。然而在一些乡镇企业特别是家庭式作坊的应用中普遍存在着自动化程度低、控制精度差或系统操作复杂、成本过高的问题。我想利用这次实习机会，结合自己大学期间学习的电子学和自动化知识，专门设计一套成本低，操作简单控制精度高的温度检测和控制系统，来解决这些问题，提高生产效率。 硬件电路的设计 本系统主要由 89盘 、 显示电路 、温度检测电路 、 过零检测及触发电路等几大部分组成。 工作原理 本控制系统主要完成数据采集、温度显示、炉温控制、故障检测以及报警等功能，智能模糊控制由单片机完成，采用规则自寻优的控制算法进行过程控制。整个系统的核心是模糊控制器， 89温热电耦输出的毫伏信号经变送器芯片转换成 010信号再经 A 单片机根据输入的各种命令，通过模糊控制算法计算控制量，输出脉冲触发信号，通过过零触发电路驱动双向可控硅。从而控制热处理加热炉。 系统组成 一、 89单片机是典型的嵌入式系统，从体系结构到指令结构都是按照嵌入式应用特点专门设计的，能最好地满足对控制对象，应用系统的嵌入现场的可靠运行以及非凡的控制品质要求。 0 兼容的低功耗高性能 8位 89个 890373和 2732功能的总和。这样不仅提高了系统的整体性能，而且降低了成本。 二、传感器 目前测量温度通常采用热电式传感器，其中将温度量转换为电动势大小的热电式传感器叫热电偶。只有当热电偶冷端温度保持不变时热电偶才是被测温度的单值函数。在应用中，常采用补偿导线法、冷端温度校正法、冰浴法及补偿电桥法等四种方法保持冷端温度恒定。该设计中采用冷端温度校正法。 对于冷端温度的测量，系统设计采用的是 它具有灵敏度高，体积小，重量轻，热惯性小，寿命长的优点，应用十分广泛。 三、键盘输入电路 键盘是一组按键的集合，它是最常用的单片机输入设备，操作人员可以键盘输入数据或命令，实现简单的人机通信。它是一种常开型按钮开关。 本系统采用 4 4的十六位非编码键盘，其中 0 9为数字键， A（设置）、 B（炉温显示或炉温设定）、 C（停止）、 D（运行）为功能键， E、 断闭合的键是否释放，键闭合一次仅进行一次键功能操作。当判断有键按下时，则取键值，键值 N = 行号 +列号。取得键值后，判断它是否大于 则说明该键是功能键，经过散转，转向相应的功能处理程序。否则，转为数字键处理程序。系统采用的是中断扫描方式。 按键分配 四、 系统使用的显示器是发光二极管显示器。本系统中采用静态显示方式。静态显示器就是当显示器显示某个字符时，相应的段恒定地导通或截止，直到显示另一个字符。 系统采用的是四位共阴性数码管的静态显示应用电路，这种显示方式编程容易，管理较简单，显示亮度高 。电路采 段十六进制锁存译码驱动芯片 电平有效； 作中，在需要改变显示数据时，单片机才通过 时不需要刷新。 显示电路 五、固态继电器控制方法 。 老式电阻炉温度控制采用电磁继电器作为开关元件，其缺点是寿命短，开关速度慢，温度变化惯性大，控制效果不理想。本课题改用固态继电器来作为温控元件，固态继电器是有固体元件组成的无触点开关元件，利用电子元件的开关特性来控制电路的断开和接通，工作可靠，寿命长，开关速度快，能实现较为理想的控温效果。 六、 由单片机输出一个周期固定、脉宽可调的脉冲信号 (作为固态继电器的控制信号。在控制脉冲的高电平期间，固态继电器接通电阻炉电源，电阻炉加热；在控制脉冲的低电平期问，固态继电器断开电阻炉电源。通过调节以调节控制脉冲的高电平持续时间，即调节脉冲周期内电阻炉上的交流电压周波的个数，从而调节电阻炉在一个脉冲周期内的电压的平均值，达到调温的目的。 控制原理 七、模糊控制算法 加热炉具有大惯性、纯滞后等非线性以及时变的特点，炉门的开关、加热材料、环境温度以及电网电压等都影响着控制过程，基于精确数学模型的常规控制 (如 难以满足加热工艺曲线的要求。作为非线性控制的一大分支，模糊控制在上述温度控制系统中可以得到较好的应用。模糊控制是智能控制的分支之一，它具有以下特点：表现出极强的鲁棒性，对被控对象的特性变化不敏感，模糊控制器的设计参数容易选择调整；算法简单，执行快，容易实现，不需要很多的控制理论知识。 模糊控制算法中的规则自寻优算法采用由解析表达式描述的控制规则，它简单方便，易于处理。二维控制规则自寻优算法可以用解析表达式概括为： U= (1 a) 其中： E、 C、 应的论域分别为误差、误差变化率及控制量。 描述的控制规则可看出，控制作用取决于误差及误差变化率，且通过调整 以改变对误差和误差变化的不同加权程度， 整个控制过程中就不再改变。 模糊控制系统的原理图 八、程序设计 温度控制程序的设计应考虑如下问题：(I)键盘扫描，键盘识别，温度显示； (2