电阻炉微型计算机温度控制系统设计.doc

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1、.学号：0121011360211课程设计题目电阻炉微型计算机温度控制系统的设计学院专业班级姓名指导教师2013年7月4日..课程设计任务书学生：专业班级：指导教师：石云工作单位：题目:电阻炉微型计算机温度控制系统的设计初始条件：　设计一个电阻炉微型计算机温度控制系统，系统为一阶惯性纯滞后特性（参数自定），温度控制要求为500℃，温度控制精度为1℃；通过LED显示温度；要求完成的主要任务:1．输入通道及输出通道设计；2．LED接口设计；3．采用改进PID控制算法；1．系统软件流程及各程序模块设计并用仿真软件演示；4．完成符合要求的设计说

2、明书。时间安排：2013年6月25日~2013年7月4日指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日..目录1控制对象11.1控制对象介绍11.2控制性能要求12方案的比较和确定13统软硬件设计23.1总体设计23.2温度检测电路33.3控制信号输出通道33.4LED显示电路44系统软件设计54.1程序流程图54.2控制算法65基MATLAB仿真被控对象86.心得体会10参考文献11附录一电路图12附录二程序代码13..摘要当今社会，随着产品的精细化，温度对产品的影响原来越受到人们的关注，于是，温度控制成为了工业生产中重要的控制

3、参数之一。这样，一个能够精确控制温度的系统成为人们迫切的需要，它将能够广泛的被使用于的各种加热炉、精密器件制造、甚至于食品行业等。本次试验便以电阻炉的温度控制为例，试图探求一个具有良好稳定性的温度控制系统。本次试验以C51单片机为核心，采用温度变送器桥路和固态继电器控温电路，该控制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。基本的想法是：C51单片机能够按要求对电阻炉进行实时监测和控制算法的确定，发出准确的控制命令；A/D转换芯片将得到的模拟量转化为数字量；单片机对数字量进行处理，得到应有的控制量，去控制加热功率，从

4、而实现对温度的控制。关键词：单片机、电阻炉、温度测量、控制系统....电阻炉微型计算机温度控制系统的设计1控制对象1.1控制对象介绍电阻炉是利用电流通过电热体元件将电能转化为热能来加热或者熔化工件和物料的热加工设备。电阻炉由炉体、电气控制系统和辅助系统组成。炉体由炉壳、加热器、炉衬（包括隔热屏）等部件组成。电气控制系统包括电子线路、微机控制、仪表显示及电气部件等。辅助系统通常指传动系统、真空系统、冷却系统等，虽炉种的不同而已。电阻炉的主要参数由额定电压、额定功率、额定温度、工作空间尺寸。生产率、空炉损耗功率、空炉升温时间、炉温控制精度及

5、炉温均匀性等1.2控制性能要求本设计要求控制一个电阻炉，它是一个具有很大滞后性的系统，惯性也很大，其传递函数的形式可以写为，温度控制要求为500℃，温度控制精度为1℃，电阻炉的温度还要通过LED实时显示出来。2方案的比较和确定方案一系统采用8084芯片作为系统的微处理器。温度信号由热电偶检测后转换为电信号经过预处理（放大）送到A/D转换器，转换后的数字信号再送到8084芯片部进行判断或计算。从而输出的控制信号来控制锅炉是否加热。但对于8084芯片..来说，其部只有128个字节的RAM，没有程序存储器，并且系统的程序很多，要完成键盘、显示

6、等功能就必须对8084芯片进行存储器扩展和I/O口扩展，并且需要容量较大的程序存储器，外扩时占用的I/O口较多，使系统的设计复杂化。方案二系统采用AT89C51作为系统的微处理器来完成对炉温的控制和键盘显示功能。C51单片机片除了128KB的RAM外，片又集成了4KB的ROM作为程序存储器，是一个程序不超过4K字节的小系统。系统程序较多时，只需要外扩一个容量较小的程序存储器，占用的I/O口减少，同时也为键盘、显示等功能的设计提供了硬件资源，简化了设计，降低了成本。因此89C51可以完成设计要求。综上所述的二种方案，该设计选用方案二比较合

7、适。3统软硬件设计3.1总体设计系统的硬件包括微控制器部分（主机）、温度检测、温度控制、人机对话（键盘/显示）4个主要部分，系统的结构框图如图3-1所示。系统程序采用模块化设计方法，程序有主程序、中断服务子程序和各功能模块程序组成，各功能模块可直接调用。图3-1系统结构框图..3.2温度检测电路温度检测电路包括温度检测电路、放大器和A/D转换三部分。原理图如图3-2所示图3-2温度检测电路Pt100温度传感器的测量围为：，符合题目中的温度测量。它是利用金属铂在温度变化时自身电阻值也随之改变的特性来测量温度的，显示仪表将会指示出铂电阻的电

8、阻值所对应的温度值。当被测介质中存在温度梯度时，测得的温度是感温元件所在围介质层中的平均温度。铂电阻的阻值随温度的变化而变化的计算公式：-200