课程设计---电加热炉计算机温度控制系统

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1、计算机控制技术课程设计报告题目电加热炉计算机温度控制系统学院(部)电子信息工程学院　专业自动化　学生姓名　学号200810311326年级2008级指导教师职称2011年6月20日16目录1.引言12.系统工作原理13.硬件的设计与实现23.1系统硬件设计23.2单片机最小系统23.3A/D转换器33.4LED数码管43.5键盘电路43.6晶闸管及其控制电路53.7炉温检测电路54.系统控制流程及软件设计64.1总体流程图64.2程序块流程图64.2.1温度控制系统主程序及流程图64.2.2LED数码管显示子程序及其流程图84.

2、2.3A/D转换程序及流程图84.2.4数字控制器的设计94.2.5键盘控制流程图105.设计工作总结及心得体会12参考文献13附录:电加热炉计算机温度控制系统设计电路图14161.引言温度是工业对象中主要的被控参数之一。为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度，节约能源，对加热用的各种电炉要求在一定条件下保持恒温，不能随电源电压波动或炉内物体而变化，或者有的电炉的炉温根据工艺要求按照某个指定的升温或保温规律而变化，等等。工业生产过程中，用模拟控制来控制电加热炉温已经取得了较为成熟的经验，但他

3、的控制精度较低，显示操作不方便，为此引入了计算机控制系统对温度进行数字算法控制。由于电炉加热的时间常数相对于采样周期来说很大，所以电炉加热控制系统的动态特性可以看作一阶滞后环节来近似，在控制算法上可采用PID控制或其他纯滞后补偿算法。本课程设计所控制的电加热炉的加热能源是热阻丝，根据控制系统要求，设计控制方案和主电路及各检测控制模块电路，然后针对温度控制要求计算电路元件所需参数，应用PID控制算法，实现温箱的闭环控制。进而了解温度控制系统的特点及运用计算机设计控制程序实现计算机自动控制温度的方法。2.系统工作原理整个加热炉的温度

4、控制系统采用典型的反馈式闭环控制，系统结构框图如图2.1所示。炉内温度给定值电加热炉执行器数字控制器-温度测量与变送器图2.1电加热炉计算机控制系统框图数字控制器的功能采用单片机AT89c51实现，执行器的作用由可控硅实现，温度有采样与测量采用热电偶及变送器实现。数字控制器的设计：在温度调节系统中，由于加热炉温度的时间常数很大（相对于采样周期而言），所以其闭环调节可以用一个一阶滞后环节来近似。可以采用直数字控制，也可以采用模糊控制和PID控制，本设计中采用PID控制，其控制系统的调节原理如图2.2所示：e(t)r(t)P(k)加

5、热炉m(t)-单片机图2.2电加热炉计算机控制系统的调节原理炉温控制的基本原理是：改变可控硅的导通角即改变电热炉加热丝两端的有效电压，有效电压可在0—140V内变化。温度传感器是通过一只热敏电阻及其放大电路组成，温度越高其输出电压越小。外部LED灯的亮灭表示可控硅的导通与关断的占空比时间，如果炉温低于设定值则可控硅导通，系统加热，否则系统停止加热，炉温自然冷却到设定值。161.引言温度是工业对象中主要的被控参数之一。为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度，节约能源，对加热用的各种电炉要求在一

6、定条件下保持恒温，不能随电源电压波动或炉内物体而变化，或者有的电炉的炉温根据工艺要求按照某个指定的升温或保温规律而变化，等等。工业生产过程中，用模拟控制来控制电加热炉温已经取得了较为成熟的经验，但他的控制精度较低，显示操作不方便，为此引入了计算机控制系统对温度进行数字算法控制。由于电炉加热的时间常数相对于采样周期来说很大，所以电炉加热控制系统的动态特性可以看作一阶滞后环节来近似，在控制算法上可采用PID控制或其他纯滞后补偿算法。本课程设计所控制的电加热炉的加热能源是热阻丝，根据控制系统要求，设计控制方案和主电路及各检测控制模块电

7、路，然后针对温度控制要求计算电路元件所需参数，应用PID控制算法，实现温箱的闭环控制。进而了解温度控制系统的特点及运用计算机设计控制程序实现计算机自动控制温度的方法。2.系统工作原理整个加热炉的温度控制系统采用典型的反馈式闭环控制，系统结构框图如图2.1所示。炉内温度给定值电加热炉执行器数字控制器-温度测量与变送器图2.1电加热炉计算机控制系统框图数字控制器的功能采用单片机AT89c51实现，执行器的作用由可控硅实现，温度有采样与测量采用热电偶及变送器实现。数字控制器的设计：在温度调节系统中，由于加热炉温度的时间常数很大（相对于

8、采样周期而言），所以其闭环调节可以用一个一阶滞后环节来近似。可以采用直数字控制，也可以采用模糊控制和PID控制，本设计中采用PID控制，其控制系统的调节原理如图2.2所示：e(t)r(t)P(k)加热炉m(t)-单片机图2.2电加热炉计算机控制系统的调节原理炉温