《微型计算机技术》课程设计说明书-温度控制系统设计

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1、武汉理工大学《微型计算机技术》课程设计说明书课程设计任务书学生姓名：专业班级：自动化0602指导教师：工作单位：自动化学院题目:温度控制系统设计初始条件：被控对象为电炉，采用热阻丝加热，利用大功率可控硅控制器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。可控硅控制器输入为0～5伏时对应电炉温度0－300℃，温度传感器测量值对应也为0～5伏，对象的特性为二阶惯性系统，惯性时间常数为T＝20秒。要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1．设计温度控制系统

2、的计算机硬件系统，画出框图；2．编写积分分离PID算法程序，从键盘接受Kp、Ti、Td、T及β的值；3．计算机仿真被控对象，编写仿真程序；4．通过数据分析β改变时对系统超调量的影响。5.撰写设计说明书。课程设计说明书应包括：设计任务及要求；方案比较及认证；系统滤波原理、硬件原理，电路图，采用器件的功能说明；软件思想，流程，源程序；调试记录及结果分析；参考资料；附录：芯片资料，程序清单；总结。时间安排：6月22日查阅和准备相关技术资料，完成整体方案设计6月23日—6月24日完成硬件设计6月25日—6月26日编写调试程序6月

3、29日—6月30日撰写课程设计说明书7月1日提交课程设计说明书、图纸、电子文档指导教师签名：年月系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学《微型计算机技术》课程设计说明书摘要温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。随着集成电路技术的发展，单片微型计算机的功能也不断增强，许多高性能的新型机种不断涌现出来。本文主要介绍了利用8051为主控制电路实现的炉温调节控制系统

4、，详细阐述了系统的功能，硬件组成以及软件设计，利用热电偶采集温度信号经A/D转换器转化后与给定信号送入微机系统，系统分析控制算法，信号再经D/A转换后控制调节可控硅控制器来改变炉内的温度。关键字：8051；PID；二阶系统；积分分离；仿真武汉理工大学《微型计算机技术》课程设计说明书目录1设计任务及要求12方案比较论证23系统硬件设计43.1系统硬件结构43.2系统硬件的选择43.3系统硬件连接图54系统软件设计64.1确定程序流程64.2程序控制算法介绍75系统仿真106心得与体会13参考资料14附录1芯片资料15附录2

5、程序清单16武汉理工大学《微型计算机技术》课程设计说明书28武汉理工大学《微型计算机技术》课程设计说明书温度控制系统设计1设计任务及要求被控对象为电炉，采用热阻丝加热，利用大功率可控硅控制器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。可控硅控制器输入为0～5伏时对应电炉温度0－300℃，温度传感器测量值对应也为0～5伏，对象的特性为二阶惯性系统，惯性时间常数为T＝20秒。要求完成的主要任务(1)设计温度控制系统的计算机硬件系统，画出框图；(2)编写积分分离PID算法程序，从键盘接受Kp、

6、Ti、Td、T及β的值；(3)计算机仿真被控对象，编写仿真程序；(4)通过数据分析β改变时对系统超调量的影响。28武汉理工大学《微型计算机技术》课程设计说明书2方案比较论证用温度传感器来检测炉的温度，将炉温转变成毫伏级的电压信号，经温度变送器放大并转换成电流信号。由电阻网络讲电流信号变成电压信号，送入A/D转换器，通过采样和模数转换，所检测到的电压信号和炉温给定值的电压信号送入计算机程序中作比较，得出给定值与实际值之间的偏差，并与β进行比较，从而确定算法。计算得到的控制量输出给可控硅控制器，改变可控硅的导通角，达到调压的

7、目的，是电阻丝两端的电压增大或较小，进而实现对炉温的控制。方案一：热电偶温度自动控制系统。方案二：数字温度传感器温度控制系统。这两个方案都是采用单片机控制，两个方案的比较部分为温度检测部分。方案一温度检测部分检测部分采用热电偶，它需要冷端补偿电路与其配套，并且热电偶输出电压只有几毫负，必须经过放大处理才能A/D转换和D/A转换器接口，若采用8位A/D转换器，ADC0809则输人端需采用仪用放大器，把几毫伏的电压信号放大到5伏左右。由于热电偶属于非线性器件，因此每个温度值都必须通过分度表，查表才能获得，这给软件编程和数据处

8、理增加了难度。这种系统具有测量温度范围可以从零下一百度到早上千摄氏度，而且有很多热电偶精度非常高这是这种测量系统的优点。但构成系统复杂，抗干扰能力不强。方案二采用数字温度传感器DS18B20，它的最高分辨率为12位，可识别0.0625摄氏度的温度。它具有直接输出数字信号和数据处理，并且它和单片机接口只需要一位I/O口