计算机控制课程设计---电加热炉计算机温度控制系统设计

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1、引言1系统设计及其工作原理1.1设计内容11.2系统工作原理11.3系统方案的确定22硬件设计2.1单片机连接电路22.2温度检测电路32.3AD转换电路32.4LED温度显示电路42.5按键和报警电路52.6加热控制电路部分53软件部分设计3.1周期采样程序63.2数字滤波程序63.3PTD程序73.4总程序94总结与心得体会9参考文献10附录11温度是工业对象中一种重要的参数，特别在冶金、化工、机械各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉和反应炉等。由于炉子的种类不同，因此所采用的加热方法及燃料也不同，如煤气、天然气、油和电等。但是就其控制系统本

2、身的动态特性来说，基本上都属一阶纯滞后环节，因而在控制算法上亦基本相同。实践证明，用微型计算机对炉窑进行控制,无论在提高产品质量和数量，节约能源，还是在改善劳动条件等方血都显示出无比的优越性。1系统设计及其工作原理1.1设计内容某工业电炉在对产品进行加工的过程屮，炉温从室温上升到1000°C应为30min,然后温度保持到1000°C,其时间为1小时。最后断电，使电炉自然冷却。电炉的加热源是热阻丝,利用大功率可控硅控制热阻丝两端所加的电压大小，来改变流经热阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。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

3、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。设计要求为：一个以单片机为核心，包括主要过程输入输出通道及主要接口，外配LED显示、键盘操作以及包括传感变送器及执行器的小型计算机控制系统。1.2系统工作原理该控制系统使用单片机作为微处理器，连接温度传感器、A/D转换、温度控制电路，并附加LED显示部分及键盘部分。它可以实时地显示温度，实现对温度的自动控制并

4、设有报警电路。还可以通过键盘对PID参数进行设置。该控制系统使用热电阻测出电阻炉实际温度并转换成电压信号。此电压信号经过温度检测电路AD转换电路转换成与炉温相对应的数字信号送入单片机，而单片机经过数据处理后，控制显示部分显示温度。此外，将温度与设定值比较，根据设定计算出控制量，通过控制电阻丝两端交流电压的通断时间比例來实现电阻丝发热量的控制。1.3系统方案确定图1.系统结构图单片机温度控制系统是以MS〜〜51单片机为控制核心，辅以温度采样反馈电路，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。系统的原理框图如图1所示，其基本控制原理为：用键

5、盘将温度的设定值送入单片机，启动运行后，通过信号采集电路将温度信号采集到后，送到A/D转换电路将信号转换成数字量送入单片机系统进行PID控制运算，将控制量输岀，控制电阻炉的加热。2硬件设计控制系统的硬件设计是系统设计的基础，具有重要意义。主要设计内容包括温度测量、A/D转换、单片机系统、键盘操作系统、温度显示电路、报警电路、D/A转换等部分。下面分步介绍硬件电路设计方法。2.1单片机连接电路本设计选用了ATMEL公司的AT89C52单片机，该型号单片机片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RA

6、M），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位屮央处理器和Flash存储单元，内部集成了微处理器、储存器、I/O接口、定时/计数器、中断系统、串行接口等基本部件。完全能满足控制要求。最小实现系统示意图如下:•I卜AT89C52InF1716Q•复位3129C3C2卅inFP17P16P15P14Pf3PHpTTX1CRYSTALFREQ=12Pl.7PI6P3.7/RDP36WRPI5P3.5/T1PI4P34/T0PI3pioP3.3/INT1QQO/INYCr*1.ZP1.1/T2EXKo.

7、z/ini1uP31/TXDPIM2P3CVRXDP2.7/A15ETP26ZA14DO^/A4QCAALEP24/A12PSENP23/A11P22/A10P21/A9P20/A8RSTP07/AD7P06/AD6P05/AD5P04/AD4XTAL2P03/AD3P02/AD2PO1/AD1>XTAL1P00/AD019915P35：14P34*13P33712P92?11P3110P30:28P272726P呑2524p*i2322唱21132P07233P06334P05435PCM536P03637P027388399P36-RP1IK

8、XT>图2单片机最小系统2.2温度检测电路温度传感器采用热电阻及其放大电路组成,Out图3温度