基于AVR单片机的炉温控制系统
基于单片机的电阻炉温度控制系统设计
基于单片机的电阻炉温度控制系统设计一、引言电阻炉是一种广泛应用于工业生产中的加热设备，其温度控制的准确性对于工艺过程的稳定和产品质量的保证至关重要。
本文将基于单片机设计一个电阻炉温度控制系统，通过采集温度传感器的信号，用单片机控制加热器的工作状态，实现对电阻炉温度的精确控制。
二、系统结构设计本系统由四个模块组成：温度采集模块、温度控制模块、显示模块和控制模块。
1.温度采集模块：使用一个高精度的温度传感器，如PT100，将电阻炉内部的温度转化为电压信号。
该信号经过模拟转数字转换器（ADC）转换为数字信号，传输给单片机。
2.温度控制模块：根据温度采集模块传输的信号，单片机通过PID算法计算出控制值，并输出PWM信号控制加热器的工作状态。
PID算法可根据实际情况进行参数调整，以达到系统稳定的控制效果。
3.显示模块：采用数码管或液晶显示器显示当前电阻炉的温度值，方便操作员实时监测电阻炉的运行状态。
4.控制模块：可以通过按钮或者触摸屏等方式进行设定和调整控制参数，例如设定温度范围、PID参数调节等。
三、系统工作原理1.系统初始化：单片机启动后，进行相应的外设初始化和参数设定，包括温度采集模块的配置、PID参数的设定、显示模块的显示等。
2.温度采集与转换：通过温度传感器采集电阻炉内部的温度信号，将其转化为模拟电压信号。
利用ADC将模拟信号转换为数字信号，并传输给单片机进行处理。
3.PID算法计算：单片机根据采集到的温度值，通过PID算法计算出控制值。
PID控制算法通常包括比例系数（P）、积分系数（I）和微分系数（D）三个参数的调整，根据实际情况进行调节以达到控制精度和稳定性要求。
4.PWM输出控制：根据PID算法计算得到的控制值，单片机输出对应的PWM信号。
该信号通过驱动电路控制加热器的工作状态，调整和维持电阻炉的温度。
5.温度显示：单片机将当前的温度值通过显示模块进行显示，使操作员能够实时监测到电阻炉的温度。
基于AVR单片机的电暖炉控制系统
１、 引 言 控制产品的设计过程往往是 比较复杂和矛盾 的 ， 既要追求系统 的完美、 可靠 、 功 能 ， 多 又必 须 考 虑 产 品 的 成 本 ， 方 设 法 提 高 产 品 想 的竞争力 ， 作者在近年来对 智能电暧炉 的研制过 程中体会到一个更 加重 要 的东 西 ， 就 是 产 品 的 可靠 性 和 安 全性 是 必 须 给予 足 够 的 重 那 视 关 键 ， 面 我 们 就 ＡＶＲ单 片 机 实 现 智 能 电 暖 炉 控 制 系 统 的 方 案 下 和实现方法提 出我们的设计 ， 供大 家参考。
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基于AVR单片机的烹饪温度自动控制系统设计剖析
PID算法是将运算控制符按照一定的线性组合 构成控制量u(t),实施控制。本质就是偏差的比例 、积分、微分的组合控制。
根据加热管内温度变化的要求,可将其分为三 段来进行控制：自由升温段、保温段和自然降温 段。为避免过冲,从室温到80%额定温度为自由升 温段,在±20%额定温度时为保温段。输入的电功 率为Ci,Ci=0 时电功率最小,Ci=1 时为全功率。
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1.设计的目的及意义
实现烹饪设备温度的测量和控制并可以自动烹 调一些食物。我们设计一个温控装置并把这种烹 饪辅助装置加到加热锅上，通过程序驱动步进电 机来控制加热锅的旋钮，实现对旋钮的物理控制 ，从而间接地控制加热锅的温度，这样可以使烹 饪变得更简单方便，使人能从复杂的烹饪环境中 解脱出来。
3.硬件设计
3.6外围设备
为实现人机对话 ，本系统设计扩展了 4×4按钮矩阵键盘和 128×64LCD屏幕，可 手动直接操作该控制 系统。系统上电后， 通过键盘输入设定温 度、时间等，由LCD 屏幕显示。
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4.软件设计
4.1软件流程图
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4.软件设计
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3.硬件设计
3.1硬件框图
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3.硬件设计
3.2温度传感器
为了防止出现传感器损坏导致无法探测温 度的情况，保证测量结果的可靠性、准确性 ，选用两种不同的探针，一个是DS18B20。 测量温度范围-50摄氏度到150摄氏度。数字 集成传感器的精确度为正负2%。
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2.研究现状
从工业温度控制器的发展来看大致可分三类： 定时开关控制法、PID线性控制法、智能温度控制 法。国内温控仪表控制精度低，自适应性较差。
基于AVR单片机的电暖炉控制系统
5１、引言控制产品的设计过程往往是比较复杂和矛盾的，既要追求系统的完美、可靠、多功能，又必须考虑产品的成本，想方设法提高产品的竞争力，作者在近年来对智能电暖炉的研制过程中体会到一个更加重要的东西，那就是产品的可靠性和安全性是必须给予足够的重视关键，下面我们就ＡＶＲ单片机实现智能电暖炉控制系统的方案和实现方法提出我们的设计，供大家参考。
２、智能电暖炉的组成及运行原理如图所示，系统由智能电暖炉和外面的散热器两大部分组成，系统循环水有两个循环路线。
循环路线由电动三通阀控制，处于位置Ａ时为大循环，处于位置Ｂ时为小循环。
换热器的作用就是让循环水和生活用水隔离，同时还可以进行热量交换。
（１）加热器－－－－房间散热器－－－－加热器。
称之为大循环，负责室内供暖，在加热水箱中加热，散热器散发热量，加热室内空气。
（２）加热器－－－－机内换热器－－－－加热器。
称之为小循环，负责加热生活水，在加热水箱中加热，换热器吸收热量，加热生活水，用于洗澡、洗碗等。
３、系统中的传感器及功能设备首先由智能电暖炉的特点和要求，提出电暖炉的总体布局和传感器的位置如下图，图中的传感器有３个温度传感器，采用智能温度传感器（ＤＳ１８Ｂ２０），分别是：炉温传感器、生活水温传感器、回水温度传感器。
同时也可采用铂电阻温度传感器。
一个水位传感器（开关量）测量加热水箱中的水位高度，如果水位高度不够需要自动补水。
一个循环水流开关（开关输出），一旦发现加热过程中循环水没有流动，应该紧急停止加热，防止开锅。
一个自来水水流传感器（频率输出），检测自来水的流动，一旦洗澡或洗碗，电动三通阀将由位置Ａ转换到位置Ｂ，循环水只进行小循环，专门加热换热器，保证有充足的热量供洗澡或洗碗等。
系统中的执行机构有循环泵、电动三通阀、补水阀、排气阀、三个电加热棒。
一个实时时钟电路记录标准时间。
为了对系统参数进行设置和显示，系统还配备了键盘和显示器。
（如图１）图１４、传感器和执行机构对硬件资源的需求及控制特点（１）温度传感器。
基于AVR单片机的温度控制系统的硬件设计
基于AVR单片机的温度控制系统的硬件设计作者：韩烨华来源：《电子技术与软件工程》2013年第23期摘要：随这社会的发展，我国的电子技术和计算机技术也不断的迅速发展，然而微机测量和控制技术得到了迅速的发展和广泛的应用。
单片机具有处理能力强、运行速度快、功耗低等优点，尤其在温度测量与控制方面，温度控制起来十分简单，测量的范围也非常的广泛，它测量的精度也相当精确，从而得到广泛运用。
AVR单片机的温度控制和测量系统，能够对环境温度加以测量，可以得到精确的结果，也能在温度上加以调节，达到控制环境温度的目的。
【关键词】单机片温度控制测量系统随着微电子技术的发展，芯片集成技术也广泛的得到人们的使用，人们把一些超大集成电路芯片就叫“单片微控制器”，简称为单机片。
在随着这些单价片的出现，就改变了仪器仪表的根本结构，也就成为现在仪器仪表的电子线路，在电子行业取得了巨大的成功。
1 AVR单片机的温度控制的原理单机片是作为电器的主要交流速度，在我们的生活中有这不可缺少的作用，也得到人们的广泛使用，更加精确的提升了我们的工作速度。
它具有调速范围宽、稳速精度高、动态响应快、适用范围广、运行可靠等技术性能，通过变频器的集成电路对电流的改变逐步取代直流电机调速系统。
变频器的控制方式主要有三种：（1）在我们对单片机的使用过程中我们逐步发现，在我们使用的参数中有对变频器的作用反应，这种方式一般用于现场的手动调节和参数设定。
（2）在变频器模拟量输入端输入0-20V或10-20mA信号，通过改变我们输入的量大小控制变频器输出频率，着种方式一般多用于自动调节和远程控制。
（3）通过对变频器的通讯口进行控制，这也就是直接对变频器的控制，在很多时候得到使用。
一般我们要求采用后面两种操作方式，在使用单片机控制变频器后面二种方式的时候，采用通讯式来控制，这种方法主要就是他的控制方面十分的全面，在相应的电路转换的时候发生了电路的变化，在我们以后的生活也就有了很大的发展空间，对硬件的要求也就十分的简单，通过对变频器的调节，就可与变频器进行通讯，在他们之间的连接也就比较方便。
基于AVR单片机的温度测量与控制系统设计
和精度 提 出 了更 高要求 。 传 统 的温 度测 量元 件有 热 电耦 、热 电阻 等 ，由 它们 构 成 的温 度传 感 器 需要 较 多 的外 部 硬件 支持 ，
收 稿 日期 ：２ １ － ３ ６ ０ ２ ０ —１
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第２ ６卷 第 ３ 期 ２１年
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管 控 制 电 热 丝 加 热 的 恒 温控 制 系统 。 并 详 细 介 绍 了 系统 硬 件 电路 的 选 取 及 系 统 软 件 的 实 现 ， 主 要 包括 实 现
基于AVR单片机的PID温控系统设计
关 键 词 ：Ｖ Ａ Ｒ单 片机 ， Ｉ 制 ， Ｓ ８ ２ ＰＤ控 Ｄ ｌＢ０
Ａｂ ｔａｃ ｓｒ ｔ Ａ ｅ ｐｅ ａｕｒ ｃ ｔｏｌｓ ｔｍ ｂ ｅｄ ｔｍ ｒ ｔ ｅ ｏｎ ｒ ｙｓｅ ａｓ ｏｎ ＡＶＲ ｍｌｒ ｐｒ ｃｅ ｓ ｉ ｄ ｉ ｅ ｉ ｔ ｓ ｃ Ｏ Ｏ ｓ ０ｒ ｓ ｅｓｇｎ ｄ ｎ ｈｉ ｐａ ｐｅｒ ｉ ｓ ｓ ｅ ｓ ｙ ｔ ｍ ｕ ｍ ｉｒ ｐｒ ｃ ｓ ｒ Ｔｈ ｓｅ ｃ ０ Ｏ ｅｓ Ｏ
短 调 整 时 间 。 因此 组 成 比例 、 分 、 分 （ Ｉ 调 节 器 ， 有 效 改 积 微 ＰＤ） 可
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高 立 兵 康雁 林 （ 兰州交通大学机电技术研究所 ， 甘肃 兰州 ７ ０ ７ ） ３ ０ ０
基于AVR单片机的电暖炉控制系统
基于AVR单片机的电暖炉控制系统随着现代科技的不断进步，家电产品的功能也越来越多样化，控制技术得到了极大的改进和提升。
在这个寒冷的冬季，电暖炉成为了很多人生活中必不可少的电器产品之一。
基于AVR 单片机的电暖炉控制系统因其高效、稳定和可靠性得到了广泛的应用和推广。
本文将介绍基于AVR单片机的电暖炉控制系统的工作原理、设计及实现。
首先，我们需要了解AVR单片机的基本原理。
AVR单片机是一种类似于计算机的电子设备，它可以将电路图上的电子元件整合到一个芯片中，并在内部嵌入微处理器。
AVR单片机具有高速运算、可扩展性、低成本以及良好的电路设计灵活性等优势。
在电暖炉控制系统的设计中，AVR单片机被应用于控制处理器、温度传感器和反馈系统等方面。
其次，电暖炉控制系统的工作原理是利用AVR单片机控制电炉加热器的功率占空比，从而实现温度控制和保温功能。
温度传感器将电暖炉内部的温度反馈到AVR单片机，单片机通过程序计算出要输出的PWM信号，从而驱动继电器实现加热器的开关控制。
当温度达到设定值时，AVR单片机将PWM信号调整到最小，保证电炉的维持温度。
当温度低于设定值时，AVR单片机将PWM信号调整到最大，控制电炉的加热器开启，从而提高电暖炉的温度。
最后，我们来看一下基于AVR单片机的电暖炉控制系统的实现方法。
首先，我们需要选择合适的AVR单片机芯片。
因为电暖炉控制需要实时性强、性价比高且稳定可靠的控制系统，我们可以选择优酷的ATmega328P芯片作为控制器。
接下来需要进行硬件电路设计的工作，并将电路图转化为PCB板。
该系统的核心硬件包括：AVR单片机控制器、温度传感器、PWM信号输出接口、LCD显示屏等元件。
通过硬件电路的搭建，各个元件相互之间实现信号传输和数据交换。
在硬件电路完成后，需要根据系统的功能设计相应的程序，实现电炉的开关、温度的控制和反馈等功能。
综上，基于AVR单片机的电暖炉控制系统，通过其高效、稳定和可靠的特点，可以有效地实现电暖炉的温度控制和保温功能，极大地方便了人们的生活。
基于AVR单片机的温度控制系统
摘要随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，各种信息的感知采集、转换传输、处理控制已经成为自动控制领域的不可缺少的组成部分。
而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。
单片机具有集成度高，功能强，结构简单，应用灵活，可靠性高等特点，在工业控制，机电一体化，通信终端，智能仪器仪表等诸多领域中得到了广泛应用。
本设计基于高性能的MEGA16单片机，结合嵌入式软件控制的特点，采用C语言编写程序实现温度的采集、显示、控制和报警等功能。
主控制器采用A VR单片机ATmega16，温度传感器采用DS18B20，温度控制系统的对象为室温，通过温度传感器DS18B20连续对温度信息进行采集，转换为数字信号后送至主机MEGA16，由预设的算法进行运算处理后，输出信号驱动执行机构进行相应调节（此处通过控制散热风扇的转速实现），从而使温度维持在设定值附近，同时温度信号送至数码管实习显示出来。
关键词：温度控制，A VR单片机，MEGA16芯片，DS18B20芯片AbstractWith the development of modern industrial technology, industrial automation technology more and more, the perception of all kinds of information collection, conversion, transmission, process control automation in the field has become an indispensable part.MCU ,with characteristics of high integration, function, simple structure, flexible application, high reliability, has been widely used in many areas such as the industrial control, mechatronics, communications terminals, intelligent instruments and meters,etc.This design is based on high-performance MEGA16 microcontroller, combined with embedded software to control, using C language programming to achieve the function of temperature collection, display, control and alarm . Host controller using A VR microcontroller ATmega16, temperature sensor DS18B20, temperature control system is targeted at room temperature, the temperature sensor DS18B20 through continuous gathering information on the temperature, the conversion to digital signal sent to the host MEGA16, from the pre-operation processing algorithm , the output signal actuator to adjust accordingly (in this case by controlling the valve opening to achieve), so temperature was maintained near the set value, while the temperature signal sent to the digital control practice displayed.Key Words：Temperature Control，A VR MCU(MicrocontrollerUnit)，Chip mega16，Chip DS18B20目录摘要 (I)Abstract........................................................................................................................................... I I 第1章绪论.. (1)1.1课题研究的意义 (1)1.2温度控制系统介绍 (1)1.2.1 国外温度控制系统的发展概况 (1)1.2.2国内温度控制系统的发展概况 (2)1.3论文基本结构 (2)第2章单片嵌入式系统概述 (4)2.1 嵌入式系统简介 (4)2.1.1 嵌入式计算机系统 (4)2.1.2 单片嵌入式系统 (6)2.1.3 单片机的发展 (6)2.1.4 单片机的发展趋势 (8)2.2 单片嵌入式系统的结构与应用领域 (9)第3章 AVR 单片机简介及芯片介绍 (11)3.1 AVR 单片机简介 (11)3.1.1 AVR 系列单片机 (11)3.1.2单片机的基本组成结构 (11)3.1.3 单片机基本单元与作用 (12)3.1.4 AVR 单片机的主要特点 (15)3.2 ATmega16 单片机 (16)3.2.1 AVR 单片机的内核结构 (16)3.2.2 典型AVR 芯片ATmega16 特点 (17)3.2.3 外部引脚与封装 (18)3.3 ATmega16 内部结构 (20)3.3.1 AVR 中央处理器CPU (20)3.3.2 系统时钟部件 (21)3.3.3 存储器 (21)3.3.4 I/O 端口 (21)3.4 ATmega16 单片机的工作状态 (22)3.4.1 AVR 单片机最小系统 (22)3.4.2 对AVR 的编程下载 (23)第4章温度控制系统方案 (24)4.1系统方案介绍 (24)4.2 PID算法简介 (25)4.2.1 PID控制的原理及特点 (25)4.2.2 比例（P）控制 (25)4.2.3 积分（I）控制 (25)4.2.4 微分（D）控制 (25)4.2.5比例微分积分(PID)控制 (26)4.2.6比例微分积分(PID)控制的优势 (26)4.3PWM控制直流电机转速 (27)4.4系统关键器件选择 (27)4.4.1主控制器 (27)4.4.2温度传感器 (28)4.4.3其他器件 (28)第5章温度控制系统电路设计 (29)5.1 电源模块 (29)5.2温度测量采集模块 (29)5.2.1 DS18B20的测温原理 (29)5.2.2 DS18B20的组成结构 (30)5.2.3DS1820使用中注意事项 (31)5.2.4DS18B20与单片机的连接 (32)5.3报警模块 (32)5.3.1蜂鸣器 (32)5.3.2电路连接 (32)5.4显示模块 (33)5.4.1数码管 (33)5.4.2电路连接 (34)5.5键盘扫描模块 (35)5.6复位模块 (36)5.7控制执行模块 (37)第6章温度控制系统软件设计 (38)6.1系统工作流程示意图 (38)6.2系统部分程序介绍 (39)6.2.1主程序 (39)6.2.2温度传感器软件设计 (39)6.2.3 数据处理子程序设计 (44)结论 (45)参考文献 (46)致谢 (47)附录 (48)第1章绪论随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，各种信息的感知采集、转换传输、处理控制已经成为自动控制领域的不可缺少的组成部分。
基于AVR单片机的温度控制系统设计
摘要近年来智能化测量控制仪表的发展很快。
国内市场上已经出现了各种各样的智能化测量控制仪表。
本系统以数据采集系统为基础，结合计算机控制理论和计算机通信技术等综合技术，研发一款适合市场需求、和满足毕业设计要求的具有增量式PID算法的智能化测量控制仪表。
本设计采用了模块化的思想，条理清楚，主要分为硬件原理设计和软件程序设计。
硬件方面：采用AD590温度传感器、AD524运算放大器、TLC2543 A/D转换、AVR ATmega16L单片机、1602A LCD显示器软件方面：单片机系统采用ICCAVR编译器使用C语言开发，还有利用VB6.0编写过程控制监控软件。
本系统在温度检测和控制有很广泛的应用前景，具有较强的使用价值。
就其采样频率和分辨率来说属于中速类型，适合对数据频率和控制精度要求不是特别高的应用场合。
关键词：智能仪表；增量式PID；AVR ATmega16；温度测量；温度控制AbstractIn recent years, intelligent intelligent measurement and control instrumentation develop rapidly. A variety of intelligent measurement and control instrumentation have appeared on domestic market. The system is based on data acquisition system, connected with computer control theory, computer communication technology and other integration technology. The intelligent measurement and control instrumentation. is not only suited for the market demand, but also satisfy for the requirements of graduation design, which with incremental PID algorithm, which have been designed in the thesis. The design use modular of thinking, it is clarity that the design can be divided into two main principles: software design and hardware design.Hardware: AD590 temperature sensor, AD524 Operational Amplifiers, TLC2543 A / D conversion, ATmega16 MCU and 1602A LCD Display.Software: MCU system uses ICCAVR compiler and C language, and use VB6.0 to monitor the operation process.The system use widely in temperature measurement and control, it has alot of practical value. On the sampling frequency and resolution it belongs to middle speed type, suitable for the frequency of the data and control precision which is not particularly high demand.Key words：intelligent instrument , incremental PID, AVR ATmega16, temperature measurement, temperature control目录1 绪论 (1)1.1 本课题研究背景和意义 (1)1.2 本课题研究的内容 (1)1.3 智能仪器仪表国内外研究现状 (3)2 系统的硬件设计 (5)2.1 硬件的总体设计 (5)2.2 系统器件的选型 (6)2.2.1主控制器 (6)2.2.2 温度采集电路 (8)2.2.3 A/D转换电路 (11)2.2.4 显示电路 (14)2.2.5 串行通信电路 (15)2.2.6 温度控制电路 (16)2.2.7 键盘电路 (17)2.2.8 系统电源 (18)2.3 总结 (18)3 系统的软件设计 (20)3.1 系统程序结构 (20)3.1.1 主程序 (20)3.1.2 按键处理程序 (21)3.1.3 A/D转换和数据处理程序 (23)3.1.4 增量式PID处理程序 (25)3.1.5 串行通信程序 (29)3.1.6显示处理程序 (31)3.1.7 数据保存处理程序 (33)3.1.8 门狗处理程序 (34)3.2 上位机程序设计 (35)3.2.1 MSCOMM控件的属性说明 (35)3.2.2 窗体设计 (37)3.2.3 功能设计 (38)3.3 系统设计的总结 (39)4 系统的抗干扰设计 (40)4.1 硬件抗干扰技术 (40)4.2 软件抗干扰技术 (41)结论 (44)参考文献 (45)致谢 (47)附录A (48)附录B (49)附录C (68)附录D (73)1 绪论1.1 本课题研究背景和意义随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成度越来越高，已经可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器/计数器、并行和串行接口、甚至A/D转换器、PWM、EEPROM、片内看门狗电路、和各种通信接口等。
(VR虚拟现实)基于AVR单片机的炉温监测监控系统设计
（VR虚拟现实）基于AVR 单片机的炉温监测监控系统设计基于A VR单片机的炉温监测监控系统设计总说明：温度是工业对象中主要的被控参数之一，象冶金、机械、食品、化工各类工业中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，对工件的处理温度要求严格控制。
随着电子技术和计算机技术的迅速发展，微机测量和控制技术得到了迅速的发展和广泛的应用，温度控制的手段也越来越优越，单片机因具有处理能力强、运行速度快、功耗低等优点，尤其在温度测量与控制方面，控制简单方便，测量范围广，精度较高，得到了广泛应用。
该系统设计了以AVR单片机为控制核心的炉温监测监控系统。
选择DS18B20作为温度传感器，实时监测低温电阻炉温度；基于交流触发器和晶闸管触发电路的混合控制，达到快速准确调节温度。
设计了硬件原理图，并详细论述了各个硬件组成部分的工作原理，以及各部分所使用的元器件。
将其应用于电加热炉温度控制系统的智能控制系统，满足了温度控制稳定性的要求，减少了操作人员的劳动量和带来的人为误差，提高了产品的热处理质量。
本基于AVR单片机的炉温监测监控系统设计的总体方案包括：一、温度监测系统的硬件电路设计；二、系统软件的设计；三、PID控制器的设计。
首先是温度传感器的选择。
目前常用的测温传感器分模拟和数字两种方式：模拟方式如热敏元件或热电阻等；数字方式多采用智能芯片DS18B20。
模拟方式有很多小足。
相比之下数字式比模拟式有更大的优势。
新代数字温度传感器DS18B20其优点是：电压适用范围宽；单线接口数据传输方式；支持组网实现多点测温；测温范围宽、精度高、体积小、外围电路简单等。
本系统选择的温度传感器就是DS18B20，系统开始工作时，DS18B20采集温度信号并将信号送到单片机中，再将对应的温度送显示并保存数据信息，同时单片机会根据初始化所设置的温度进行比较，将其差值送PID控制器，处理后输出一定数值的控制量，根据控制量，控制晶闸管主回路的导通时间来调节输入功率，从而控制电阻丝的发热量，达到控制温度的目的。
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ｍｅｇａ８５１５的初始化、设置Ｔｌ的工作方式等工作。其流程图如
图６所示。
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８８
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ
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３．２主程序设计
圈５显示接口电路
系统的温度控制程序主要由主程序和Ｔ１中断服务子程序
等组成。主程序主要完成传感器ＤＳｌ８８２０和单片机ＡＴ＿
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关键词：单片机；炉温；控制系统；大林算法
中图分类号：ＴＰ２７３
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２—１８４１（２０１０）１２—００８６—０３
Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｆｕｒｎａｃｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＶＲ
ＬＩ Ｍｉｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｗｕｈａｎ Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７３，Ｃｈｉｎａ）
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＳＣＭ；ｆｕｒｎａｃｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ；Ｄａｈｌｉｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ
０引言 在冶金、化工、电力、造纸、机械制造和食品加工等生产过
程中，经常需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉的温度 进行检测和控制。电阻炉是工业炉的一种，是利用电流通过电 热体元件将电能转化为热能来加热或熔化工件或物料的热加 工设备，其具有热效率高、热量损失小、加热方式简单、温度场 分布均匀、环保等优点，应用十分广泛。但对于各种大功率的 电阻炉，均具有大惯性、纯滞后时间长等特性，采用常规ＰＩＤ控 制器难以取得良好的控制效果¨－２］。ＡＶＲ内核单片机将丰富 的指令集与３２个通用工作寄存器结合起来，所有３２个寄存器 直接与算术逻辑单元ＡＬＵ相连接，这种体系结构提高了代码执 行效率，使单片机的吞吐量达到传统ＣＩＳＣ微处理器的１０倍以 上口】。ＡＶＲ单片机的应用领域已经遍及各行各业”１。用ＡＶＲ 单片机对炉温进行控制具有很大的优势和实用价值。 １系统总体结构
过零脉冲信号还送入了ＡＶＲ单片机ＡＴｍｅｇａ８５１５的，ＩＤ和Ｔ１两 个定时／计数器，用于产生采样周期和固态继电器的导通时间。
ＭＭ７４Ｃ９２２，向单片机ＡＴｍｅｇａ８５１５送入４位的编码值。硬件电 路如图４所示。
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田７ Ｔｌ中断子程序流程图
圈６主程序流程图 ３．３定时／中断程序
Ｔ１的中断服务子程序是整个温控系统的主体程序。它完 成炉温采样、数字滤波、越限报警、显示温度、大林控制运算以 及结果处理等任务。其流程图如图７所示。
在Ｔ１中断服务子程序中，ＡＴｍｅｇａ８５１５单片机一方面把计 算出来的大林算法值转换成时间送入定时器，ＩＵ，并使ＰＢ２为 高电平同时启动１Ｄ工作；另一方面进行温度标度变换、调用温 度显示程序，然后等待１Ｄ中断。在，ＩＵ的中断服务程序中，使 ＰＢ２为低电平，以便在ＰＢ２引脚上形成一个正脉冲，控制加在 固态继电器上的过零脉冲个数。Ｔｌ中断服务程序包括一系列 的子程序，如温度采样程序、数字滤波程序、越限处理程序、大 林算法程序、标度变换程序、温度显示程序等。 ３．４温度检测程序
ＤＳｌ８８２０采用外部电源供电方式。当接到温度转换命令 后，ＤＳｌ８８２０开始启动转换。转换完成后的温度值以１６位带
第１２期
李明：基于ＡＶＲ单片机的炉温控制系统
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ｙｃｃ
图２温度检测电路 符号扩展的二进制补码形式存储在高速存储器的Ｏ、１字节。 单片机可通过单总线读到该数据，读取时低位在前，高位在后，
ＡＴｍｅｇａ８５１５单片机是一种低功耗、高性能、基于增强型 ＲＩＳＣ架构的８位ＣＭＯＳ微控制器。通过在单个时钟周期内执 行强大的指令，ＡＴｍｅｇａ８５１５可在ｌ ＭＨｚ内达到ｌ ＭＩＰＳ的吞吐 量，这样可使系统设计者在功耗与处理速度之间进行优化。 ＡＴｍｅｇａ８５１５单片机具有丰富的硬件资源：８Ｋ字节的ＩＳＰ闪存， ５１２字节ＥＥＰＲＯＭ，５１２字节片内静态ＲＡＭ，１个外部存储器扩 展接口（最大可到６４Ｋ字节），３５条通用Ｉ／０引脚，３２个通用工
７４ＬＳｌ２３
ＰＢ２
图３过零检测与输出驱动电路
过零检测电路所产生的过零脉冲信号，一方面经过光耦器 ２．３键盘与显示电路
件后，与单片机ＰＢ２脉冲信号相与，得到ＰＷＭ控制信号，用于控
键盘采用４×４按键，可以向ＡＴｍｅｇａ８５１５输入期望的温度
制固态继电器的导通时间达到调节炉子温度的目的；另一方面， 值，也可以输入一些设置命令。１６个按键通过编码器
第１２期
杜红棉等：关联标定方法在多路数据采集系统通道串扰中的应用
９１
选通端低两位切换到”００”通道时的模拟信号幅值０ Ｖ小于” ０ｌ”通道的幅值５ ｖ，在第ｉ处切换开关时，输出信号小于５ Ｖ， 标定算法如式（３）：
Ｙ［ｉ］－，，［￡］一（Ｙ［ｉ—１］一ＹⅢ）×凹［ｉ］，Ｙ［ｉ—１］＞Ｙ［ｆ］
（３） 式中ＣＨ［ｉ］表示第ｉ个信号上升沿关联系数。
图１基于ＡＶＲ的炉温控制系统结构圈 ２系统硬件设计 ２．１温度检测电路
ＤＳｌ８８２０是单总线温度传感器芯片，可以直接将被测温度 转换为串行数字信号，低功耗，高性能，抗干扰能力强。测温范 围为一５５—１２５℃，转换分辨率可根据需要在９—１２位之间选 择，１２位分辨率时最多在７５０ ｍ８内把温度转换成数字信号‘４１。 ＤＳｌ８８２０与ＡＴｍｅｇａ８５１５的ＰＢ３引脚连接如图２所示。
２０１０矩 第１２期
仪表技术与传成器
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ
基于ＡＶＲ单片机的炉温控制系统
２０１０ Ｎｏ．１２
李明 （武汉纺织大学计算机科学学院，湖北武汉４３００７３）
摘要：各种大功率的电阻炉均具有大惯性、长滞后时间等特性，采用常规ＰＩＤ控制器难以取得较好的控制效果。提出
Ｂ １８ １７ Ｃ １６ Ｄ １５ ＮＣ １４ ．０Ｅ １３ —ＤＡ １２ Ｘ２ １ｌ Ｘｌ
ＭＭ７４Ｃ９２２
ＰＡｌ ＰＡ２ ｌ，Ａ３ ＰＡ４
扒ｚＵ８Ａ Ｐｎ 匕 ７４Ｌｓｏｌ４
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图４键盘接口电路显示器
当有按键按下时，ＤＡ引脚输出高电平，向ＡＶＲ单片机ＡＴ． 式中ＩＴ为纯滞后时间；巧为惯性时间常数；Ｋ为放大倍数。
ｍｅｇａ８５１５申请中断，同时按键的编码信息出现在引脚Ａ、Ｂ、Ｃ、 Ｄ上，当按键被弹起时，输出引脚处于三态。键盘电路占用单 片机的ＰＡｌ—ＰＡ４和外部中断ＩＮＴ０。
采用ＬＣＤ液晶显示器ＨＳｌ２８６４—１２，显示效果比数码管 好，且不需要动态刷新，可以较少地占用单片机资源，提高单片 机的工作效率。连接电路图如图５所示，显示器接１２Ｉ电路占用 单片机的ＰＡ５一ＰＡ７以及ＰＣ口的资源。 ３系统软件设计
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｌｌ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｈｉｓｈ－ｐｏｗｅｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｕｒｎａｃｅｓ ｈａｖｅ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｉｎｅｒｔｉａ．１０ｎｇ ｄｅｌａｙ ｔｉｍｅ ｗｈｉｃｈ ｍａｌ【ｅ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｎｏｔ ｇｏｏｄ ｗｈｅｎ ｔｈｅｙ ａｒｅ ｅｏｎｔｒｏＵｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏＨｅｒ．Ａｎ ＡＴｍｅｇａ８５１５ ｂａｓｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｆｕｒｎａｃｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｗａｇ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｅｄ Ｄａｈｌｉｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ａｎｄ ｔｈｅ ＡＴｍｅｇａ８５ １５ Ｗａｇ ｔｈｅ ＭＣＵ ｏｆ ｔｈｉｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｗａｇ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙ ａ １－ｗｉｒｅ ｃｈｉｐ ＤＳＩ ８８２０．ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌ Ｗａｇ ｏｕｔｐｕｔ ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎ ＡＣ ｚｅｍ ｔｒｉｇｇｅｒ ＳＳＲ．１６ ｂｕｔｔｏｎｓ ａｎｄ ａ ＬＣＤ ＨＳｌ２８６４—１２ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｅａｓｉｌｙ ｂｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｂｅｃｏｍｅ ａ ｎｏｄｅ ｏｆ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｍｕｈｉｐｏｉｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ．