电阻炉温度监控系统设计开题报告

1、1、本课题的研究目的及意义 电阻炉拥有结构简单、价格低廉、操作方便等特点致使电阻炉在生活生产中应用的十分广泛，在工业生产中电阻炉广泛应用于钢铁的热处理工艺，如正火、回火、淬火、退火以及常规热处理等，而热处理过程中温度控制的效果往往对产品的生产效率以及质量具有重大的直接影响，电阻炉温度又具有非线性、大惯性、大滞后的特点，如果在温度控制的过程中没有合适的控温而使超调量过大，而电阻炉没有有效地方法进行冷却，而是靠自然冷却，如果控制不当，导致超调过大，便会致使整个生产、工作效率低下。不同的热处理所需求的温度以及温度偏差和升温速度要求均有所不同，而炉内温度的均匀性也会对热处理材料的性能产生重大的影响；因

2、此能设计出一个温度控制精度高、升温迅速、温度梯度均匀的电阻炉不仅能够提高工厂生产效率而且能够使产品有良好的质量保障，对生产生活具有重大的意义。 单片机具有其体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、价格便宜等优点，广泛应用于仪器仪表、工业控制中，本文正是基于单片机设计温度采集模块和温度控制模块，合理设计出总体方案并具体原器件选型，然后选择系统控制方法，并对各个模块进行软件编程，传统的温度控制的发展经历了定值开关控制、PID控制、智能控制，定值开关控制方式简单无法控制温度变化的滞后及惯性，超调量大，会出现振荡；而PID控制方式现阶段在国内比较成熟，而且国内所普遍使用的正是PID控制， PID虽然好用

3、，但是PID控制的缺陷在于P、I、D参数决定了控制的效果，而炉温控制影响因素较多（温度滞后、大惯性、外部因素导致温度可变），致使参数的调试十分不便，而且环境一旦改变，参数可能会重调的缺点，实际生产生活中PID控制热处理炉等小型炉的温度效果比较好而在大型工业炉的控制中，效果并不明显；模糊控制是一种比较先进的控制方式，其并不基于数学模型，但其发展还算是比较新颖还不够完善，国内也是进行简单的模糊控制；国外其他的智能控制方法还包括神经控制，专家控制等，定值控制方法的精度较低，PID控制方法的精度又要高一些，智能控制精度最高。本设计电炉精度没有高要求，因此在设计设采用一般的控制方法并结合温度检测模块、温

4、度控制模块及其他相关模块完成电阻炉的设计,最后通过仿真来验证实验的正确性、合理性，并绘制出相关PCB图、电路原理图，完成完整的设计，而使工业的热处理生产效率有更好的提高和质量保证。2、本人对课题任务书提出的任务要求及实现目标的可行性分析任务一：通过参考关于电阻炉的相关技术资料以及参考其他学者的相关设计资料，对电阻炉监控系统的设计有一个整体概念；任务二：初步拟定电阻炉的系统设计方案，阐述电阻炉所能完成的功能的各个模块，并绘制出系统框图；任务三：电阻炉的设计选型；温度检测系统的设计选型：温度信号的检测方式及数据传送给单片机；温度控制系统的设计选型：温度控制信号的输出与执行机构的执行；整个控制系统的

5、数据处理方法，程序设计的方法；任务四：整个系统的运行检测，系统调试，仿真及验证；任务五： 根据所设计的硬件，使用Protel se99绘制原理图及PCB板；任务六：设计中所需的相关原理图的整理，相关技术报告整理；电阻炉温度监控系统的设计组要包括四大部分：电阻炉设计；电阻炉温度监控系统硬件设计；温度控制系统软件设计；仿真验证；通过定期完成前期拟定的任务，并对比其他方案的优缺点，依次完成电阻炉温度监控的系统设计的完成是可能的。3、本课题的关键问题及解决问题的方案以及步骤围绕上位机系统以及单片机与上位机的通信的设计，需要解决的问题主要集中在以下四大模块：一：单片机的设计选型应该明确需要单片机完成的控

6、制，由工作要求对51单片机进行恰当的选择；二：单片机与上位机之间的通信程序的设计这个部分的设计需要用到单片机的A/D转换器设计以及PID算法使单片机中的信息传输到上位机中进行显示。三：上位机（人机界面）的程序设计：上位机的设计为了方便直观的了解到温室内的温度等参数的变化，为了便于管理者的控制以及监测，需要能够直观看到各个参数的变化以及当参数超出正常的范围时能及时进行修改或调整数据来达到合格的要求。以温度等监控的准确性和直观性；在所要求的工作条件下合理的设计用户界面，vb程序的编程，以及数据库的设计。同时也应该设置登录密码，以提高安全性。四：信息反馈控制部分的设计：信息反馈部分由用户在上位机中进行了修改后，将信号传输给单片机，单片机响应后，命令温室的控制端执行相应的操作。以达到智能控制的目的。4、完成本课题所需的工作条件（如工具书、计算机、实验、调研等）及解决办法本课题所需材料如下类：参考书：VB语言程序设计参考资料； 51单片编程设计参考资料； 51单片机型号以及选择方案的资料； PID算法的相关资料； 串行通信的相关资料； 数据库的使用以及设计的相关资料。其它硬件： 电脑一台（51单片机程序设计，上位机的设计、串行通信的设计等） 5、工作方案分析及进度计划 智能温室上位测控设计系统主要分为四个模块：51单片机程序模块、单片机与上位机通信模块、上位机