电阻炉微型计算机温度控制系统的设计

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1、课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：自动化学院题目: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，温度控制要求为100℃，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（温度传感器，A/D转换，PWM输出控制和温度调节驱动电路）；2．键盘(温度设置)与LED（温度显示）接口设计；3．采用SMITH预估控制算法；4．系统软件流程及各程序模块设计；5．完成符合要求的设计说明书时间安排：2011年6月20日~2010年

2、6月30日指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日26目录1控制对象及其控制性能要求32系统控制方案的比较33微机控制系统总体设计44.1温度信号输入通道44.1.1温度传感器54.1.2运算放大器64.1.3A/D转换器64.2执行信号输出通道74.3LED显示模块84.4系统控制器电路设计95Smith预估控制算法106系统软件设计11小结13参考文献14附录15附录一15附录二22附录三2326电阻炉微型计算机温度控制系统的设计摘要单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就

3、是单片机。目前，一个学习与应用单片机的高潮在全社会大规模地兴起。学习单片机的最有效方法就是理论与实践并重，本文用89C51单片机自制了一个温度控制系统，重点介绍了该系统的硬件结构，即输入通道及输出通道、LED接口显示与主控制器的设计及编程方法。关键词：单片机、温度传感器、模/数转换器、输入输出通道1控制对象及其控制性能要求本系统电阻炉进行微型计算机控制，系统为一阶惯性纯滞后特性动态特性，温度控制在100℃，温度控制精度为1℃，电阻炉的温度通过LED数码管显示。2系统控制方案的比较控制器的选择：本设计的控制器在PC机和单片机之间选择单

4、片机，其原因是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，可控性高，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。本系统所使用的单片机是我们熟悉的MCS51单片机中的89C51，它具有使用简便、价格便宜等诸多特点。温度采集方案的选择与比较：考虑到题目温度要求为100℃，温度传感器采用美国DALLAS公司生产的DS18B20，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域，其测温范围－55℃～＋125℃，固有测温分辨率0.5℃，完全符合题目要求。运算放大

5、器选用LM324，它的功能是将传感器的放大给A/D转换器，不必要求太高。在A/D转换器方面，选用8位A/D转换器ADC0809。263微机控制系统总体设计单片机温度控制系统是以89C51单片机为控制核心，辅以采样反馈电路，驱动电路，晶闸管主电路对电炉炉温进行控制的微机控制系统。其系统基本控制原理为:将温度设定值(即100℃)和温度反馈值同时送入控制电路部分，然后经过调节器运算得到输出控制量，输出控制量控制驱动电路得到控制电压施加到被控对象上，电炉因此达到规定的温度。结构图如图3-1所示：图3-1电阻炉控制系统总体结构设计图4.1温度

6、信号输入通道温度信号输入通道的原理图如图4-1所示。电路主要由温度传感器、运算放大器和模/数(A/D)转换器三部分组成。本方案比采用温度变送器的方案结构简单，体积小，价格低。图4-1温度输入信号通道264.1.1温度传感器温度传感器采用美国DALLAS公司生产的集成化半导体传感器DS18B20。集成化传感器是新型器件，它比直接用一个PN结作传感器灵敏度高，线性好，使用方便。DS18B20的工作温度为－55℃～＋125℃。其输出电流根据下式计算：ISET=T×227μI/KRSET式中：ISET为流进DS18B20V+脚的电流，单位为

7、μA；T为热力学温度；RSET为传感器外接电阻，单位为Ω。若取227Ω，则ISET=T×1(μA/K)考虑到引线电阻对外接电阻的影响，通常将RSET与DS18B20一起安放在探头内，这样即使长线传输也不会降低精度，从而可以遥测温度。图4-1中，RL为传感器的负载电阻，它把传感器输出的电流信号转换为电压信号。在RSET=227Ω条件下，如果取10kΩ，则温度信号电压Vout=ISETRL=227TRL/RSET=10T(mV/K)可见温度信号电压的增益，即Vout-T曲线的斜率，取决于比值RL/RSET。增益调节可在RSET上进行，也

8、可以在RL上进行，这有利于RSET的选用与制造。调试时可选定RSET，本通道选系列值230Ω；然后用实测Vout的方法，在标称值为10kΩ的金属膜电阻中筛选出RL，使增益达到10mV/K。增益校正可在冷端温度为0℃(冰水)，或在室温条