电加热炉温度单片机控制系统

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1、电加热炉温度单片机控制系统信息05-（4）班周涛引言　　电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，已经在冶金、化工、机械等各类工业控制中得到了广泛应用，并且在国民经济中占有举足轻重的地位。对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。　　单片机以其高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点，在工业控制系统、智能化仪器仪表等诸多领域得到广泛应用。采用单片机进行炉温控制，可以提高控制质量和自动化水平。　　1单片机炉

2、温控制系统结构　　本系统的单片机炉温控制系统结构主要由单片机控制器、可控硅输出部分、热电偶传感器、温度变送器以及被控对象组成。如图1所示。（图一）单片机炉温控制系统结构炉温信号T通过温度检测及变送，变成电信号，与温度设定值进行比较，计算温度偏差e和温度的变化率de/dt，再由智能控制算法进行推理，并得控制量u，可控硅输出部分根据调节电加热炉的输出功率，即改变可控硅管的接通时间，使电加热炉输出温度达到理想的设定值。　　2系统硬件设计　　2.1系统硬件结构　　以AT89C51单片机为该控制系统的核心，实现对温度的采集、检测和控制。该系统的工

3、作流程如图2所示。系统由变送器经A/D转换器构成输入通道，用于采集炉内的温度信号。　　变送器可以选用DBW，型号，它将热电偶信号(温度信号)变为0～5V电压信号，以供A/D转换用。转换后的数字量与炉温数字化后的给定值进行比较，即可得到实际炉温和给定炉温的偏差及温度的变化率。炉温的设定值由BCD拨码盘输入。由AT89C51构成的核心控制器按智能控制算法进行推算，得出所需要的控制量。由单片机的输出通过调节可控硅管的接通时间，改变电炉的输出功率，起到调温的作用。　　2.2系统硬件的选择　　a)微型计算机的选择：选择AT89C51单片机构成炉温

4、控制系统。它具有8位CPU，32根I/O线，4kB片内ROM存储器，128kB的RAM存储器。AT89C51对温度是通过可控硅调功器实现的。在系统开发过程中修改程序容易，可以大大缩短开发周期。同时，系统工作过程中能有效地保存一些数据信息，不受系统掉电或断电等突发情况的影响。AT89C51单片机内部有128B的RAM存储器，不够本系统使用，因此，采用6264(8kB)的RAM作为外部数据存储器。　　b)热电偶的选择：本设计采用DBW型热电偶--镍络-镍硅(线性度较好，热电势较大，灵敏度较高，稳定性和复现性较好，抗氧化性强，价格便宜)对温度

5、进行检测。由于温度是非线性输出的，而与输入的mV信号成线性关系，所以在软件上将此非线性关系加以修正，以便正确反映输入mV信号与温度之间的关系。ADC0809把检测到的连续变化的温度模拟量转换成离散的数字量，输人到单片机中进行处理。　　c)键盘输入的选择：采用4片BCD拨码盘作为温度设定的输入单元，输入范围为0～9999，可满足本系统的要求。每位BCD码盘占4条线，通过上拉电阻接入8255可编程并行I/O扩展口。4片BCD码盘占8255的A、B两口，8255工作方式设为"0模式"，A、B两口均为输入方式。开机后，CPU读8255口操作，即

6、可将BCD码盘的设定温度读入并存人相应的存储单元。d)显示器的选择：采用字符型LCD(液晶显示器)模块TC1602A，并且它把LCD控制器、ROM和LCD显示器用PCB(印制板)连接到一起，只要向LCD送人相应的命令和数据便可实现所需要的显示，使用特别方便灵活。第1行显示设定温度，第2行显示实际温度，这样，温差一目了然，方便控制。(图二)系统硬件设计　　3系统软件设计本系统的应用程序主要由主程序、中断服务程序和子程序组成。主程序的任务是对系统进行初始化，实现参数输入，并控制电加热炉的正常运行。主程序主要由系统初始化、数据采集及处理、智能

7、推理等部分组成。系统初始化包括设置栈底、工作寄存器组、控制量的初始值、采样周期、中断方式和状态、定时器的工作方式以及8255的初始化、TC1602A的初始化等。数据采集及处理主要包括实时采集电加热炉的炉温信号，计算出实际炉温与理想值的差值以及温差的变化率，并对炉温信号进行滤波和限幅处理。主程序如图3所示。主程序控制框图中断服务程序实现定时采样和输出控制。AT89C51共有6个中断源：2个外部中断、2个定时器溢出中断及2个串行中断。　　子程序主要有采样子程序、数字滤波子程序、控制算法子程序、数字转换子程序、显示子程序等。在采样程序中包括对

8、A/D启动、读结果及把A/D结果转换成为实际温度值。由于热电偶本身的非线性及模拟输人通道存在的非线性，需要将A/D值与温度值之间对应关系以表格形式存于EPROM中。数字滤波子程序是将A/D转换成的数字量提取