基于单片机的加热炉温度控制系统

1、文档从网络中收集，已重新整理排版.word版本可编辑欢迎下载支持.辽宁工业大学单片机原理及接口技术课程设计（论文）题目：加热炉温度控制器设计院（系）：电气工程学院专业班级：电气122学 号：120303040学生姓名：马驰指导教师： （签字）起止时间：2015. 06. 22-2015. 07. 05Iword版本可编辑.欢迎下载支持.课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：号 学221X 气 电 驰 马课程设计 （论文） 题目课程设计(论文)任务热温务最胺理筋数期縫求血哄耽统 温M计CP温步程术讣 计/丿r按述 高气设 12.3.4 技1 .2.设1 .2.3.阐进度计划刚術

2、心闵进和佻iH辩 查总CP温步程软设答 天天心天天天天天伐 123-5-67891 第第第第第第第第第指导教师评语及成绩日月 养年 瓣答:骥 时 成 平 总注：成绩：平时20% 论文质量60%答辩20%以百分制计算随着计算机技术、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、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

3、，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;5第1章绪论11.1单片机温度控制系统概况11.2本文研究内容2第2章CPU最小系统设计32. 1温度控制系统总体设计方案32.2 CPU的选择42. 3数据存储器扩展62.4复位电路设计72.5时钟电路设计82.6 CPU最小系统图9第3章 温度传感器输入输出接口电路设计103. 1温度检测传感器的选择103.2模拟量检测接口电路设计113. 3温度检测输出接口电路设计123.4人机对话接口电路设计15第4章加热炉温度控制软件设计164. 1软件实现功能综述164. 2流程图设计164.2.1主程序流程图设计1

4、64.2.2模拟量检测流程图设计174.2.3单片机流程图设计184. 3程序清单19第5章系统设计与分析255. 1系统原理图255. 2系统原理综述265. 3硬件仿真图275. 4软件调试结果2830参考文献第1章绪论1.1单片机温度控制背景及国内外研究概况概况温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器 来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差 距。成熟的温控产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它们只能适应一般温 度系统控制，而用于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟, 形成商品化并广

5、泛应用的控制仪表较少。随着我国经济的发展及加入WTO,我国政府及企业对此都非常重视，对相关企业资源 进行了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，开展创新性研究，使我国仪表工业 得到了迅速的发展。随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速，一个以微机应用为主的 新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、 食品、石油等各个行业。传统的温度釆集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的岀现 使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。温度是工业对象中的一个重要的被 控参数。然而所釆用的测温元件和测量方法也不相同；产品的工艺不同，控制温度的精度 也不

6、相同。因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。传统的控制方式已不能满 足高精度，高速度的控制要求，如温度控制表温度接触器，其主要缺点是温度波动范用大, 山于它主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的LI的，受仪表本身误差 和交流接触器的寿命限制，通断频率很低。近儿年来快速发展了多种先进的温度控制方式，如：PID控制，模糊控制，神经网络 及遗传算法控制等。这些控制技术大大的提高了控制精度，不但使控制变得简便，而且使 产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生产效率。本系统要求有数据处理，显示功 能等，被控对象为一阶惯性环节和一阶积分环节的组合，惯性时间常数为2s,开环增益 21

7、0,温度控制范围为50150Co本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特 别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、 智能化方面有广泛的用途。本系统使用8051单片机，使温度控制大为简便。1.2本文研究内容本文主要包括以下内容：1. 以单片机为核心，建立自动控制系统，构建按键、釆样、显示以及输出等外围电 路，实现整个系统的搭建，建立电加热炉系统的仿真图；2. 画出软件流程图，根据流程图编写程序，并对其进行调试，使其符合系统的具体 要求；3. 将所编写的程序下载到单片机中去，对系统进行整体调试，进而实现系统的整个 功能，设计

8、出符合实际要求的系统。1第2章CPU最小系统设计2.1温度控制系统总体设计方案本系统结构框如图2. 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。炉内温度山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

9、度，使 其逐渐趋于给定值且达到平衡。图2. 1过程层原理框图2.2 CPU的选择本文采用8051单片机进行设计。38051有40条引脚。其中有2条主电源引脚，2条外接晶体引脚，4条控制或 其它电源复用的引脚，32条I/O引脚，如图2. 2所示。由于8051片内数据存储器和程序存储器的地址有限，因此需要扩展。单片机的40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。1. 电源：VCC -芯片电源，接+5V；(2) VSS -接地端；2. 时钟:XTAL1、XTAL2 -晶体振荡电路反相输入端和输出端。3. 控制线:控制线共有4根：(1) ALE/PR0G:地址锁存允许/片内EPROM编程脉

10、冲 ALE功能：用来锁存P0 口送出的低8位地址 PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入 编程脉冲。(2) PSEN:外ROM读选通信号。(3) RST/VPD:复位/备用电源。 RST (Reset)功能：复位信号输入端。 VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。(4) EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 EA功能：内外ROM选择端。 Vpp功能：片内有EPROM的芯片S在EPROM编程期间，施加编程电源Vppo4. I/O 线：8051 共有 4 个 8 位并行 I/O 端口： P0、Pl、P2、P3 口，共 32 个 引脚。P3 口

11、还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号(属控制总线)。15 TTPIOPllP20PI2P2】PI3P22P14P23PI5P24P16P25P17P26P27MTIWIPPOOP01TlPO2IDM3P(UEA/VPP-LihThi4 mWMWJmilfiiA11111II|-h tef hD a 巳 “ W II X % e, IM IB & h E BBWWW亠皿0ORG：QRGLOOT:OOQiOMOOIBK GXX O?OOK：Etr SOMULJtHOVMOVMOVMOV OV ACAZ.L ACTAXX.2a, a 含 CK, A 2QM, AAa “OJ5AMF yrr

12、-TER亠LM幻 _ Cl X inwMm 右 erxsh o_oPC: 000044 DPTR: OOOOXA: 00 P!SW; OOI SP： G7KE:WAVTooixl;8 goo Toooo 88888googgg WE cogggg第6章课程设计总结在本设计系统中，用8051单片机作为主控机，通过外部程序扩展电路来实现 大容量的软件程序的输入承载量，通过数据采集通道来实现对炉内各处温度的检 测，在键盘及显示电路一体化的情况下来实现对数据的输入及对釆集到的数据进 行显示。在CPU中把数据进行进一步处理后一方面送去显示，并判断是否需要报 警；另一方面与给定值进行比较，然后根据偏差值进

13、行控制计算。本文一方面结合 实际应用经验，力求做到较为系统和全面的介绍系统设计与实施技术；另一方面 尽可能反应出温控系统的发展趋势，以及其先进性和实用性。本系统在硬件设计的基础上，在软件编程上选择查询方式，再进行相关的软 件设讣和开发，通过所需的多机通信接口与总机的连接可实现实时监控，不漏报 的技术要求。，虽然LI前的工业炉温度控制技术已经很先进，但为了适应科学技 术的不断进步，对炉温的控制技术还需进一步的提高。微机控制系统的快速计算、灵活多样的逻辑判断和高效的信息加工能力使自 动控制进人了更高一级的领域，提高了生产过程的自动化程度，减少了人工干预, 并不断地完善和满足工农业生产和国防科技日益

14、增长的需要。随着微机和单片机 的推广使用，实现信息自动化与过程控制相结合的分级分布式计算机控制，使计 算机控制技术的水平发展到一个崭新的阶段。论文在自动控制技术的基础上，详 细阐述了其在电加热炉温度控制系统的应用。衷心感谢白忙之中批阅论文的老师们。参考文献I 梅丽凤等编著单片机原理及接口技术 清华大学出版社2009.7 赵晶主编Protel99高级应用人民邮电出版社，20003于海生编著微型计算机控制技术清华大学出版社2003.45 高海生.单片机及应用技术大全M.成都：西南交通大学出版社,1996.6 王福瑞.单片微机测控技术大全M.北京：北京航空航天大学出版社,19997 沙占友新型单片机开关电源的设讣与应用M.北京：电子工业出版社,20019 王晓明单片机教程