计算机控制技术课程设计-电阻炉温度控制系统设计
电阻炉的温度控制系统设计(课程设计)
电阻炉的温度控制系统设计摘要电阻炉在冶金工业中的运用相当广泛,其温度参数在生产过程中的自动控制系统也随着微机单片机可控硅技术在工业控制领域的推广、应用,正朝着高精度、高稳定性、高智能化的方向发展。
电阻加热炉是典型的工业过程控制对象。
其温度控制具有升温单向性、大惯性、大滞后、时变性等特点，且其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。
温度是工业对象中主要的被控参数之一。
尤其是在冶金、化工、机械各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。
由于炉子的种类不同，所采用的加热方法及燃料也不相同，如煤气、天然气等。
但就控制系统本身的动态特性而言，均属于一阶纯滞后环节，在控制算法上基本相同，可采用PID控制或其他纯滞后补偿算法。
但对于电阻加热炉来说，当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确模型和确定参数。
而传统PID控制是一种建立在经典控制理论基础上的控制策略，其设计依赖于被控对象的数学模型，因此对于加热炉这类控制对象采用传统PID 的控制方案很难达到理想的控制效果。
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。
因此，在工农业生产或科学实验中常常对温度不仅要不断地测量，而且要进行控制。
在电阻炉温度控制系统的设计中，应尽量考虑到如何有效地避免各种干扰因素而采用一个较好的控制方案，选择合适芯片及控制算法是非常有必要的本设计要用单片机设计一个电阻炉温度控制系统。
关键词：恒温；热处理；控温系统Design for Temperature Control System of Resistance FurnaceAbstractThe resistance furnace in metallurgical industry is widely application, its temperature parameters in the production process of automatic control system with single-chip microcomputer control technology in the field of industrial silicon, the popularization and application in high precision, high stability, high intelligent direction. Resistance furnace is typical of industrial process control object. The temperature control with temperature mono-direction and large inertia, the lag and time-varying characteristics, such as temperature, heat preservation and heat resistance wire depend on environment, cooling is natural cooling.Temperature is the main objects of accused of parameters. Especially in metallurgy, chemical, machinery, widely used in various industries of heating furnace, heat treatment furnace, reactors. Because of the different kinds of heating method is adopted, and the fuel is not identical also, such as coal gas, natural gas etc. But control system dynamic characteristics of itself, all belong to a first-order lagging pure, in the same basic control algorithm, PID control or other pure lag compensation algorithm. But for resistance furnace, when the temperature once overshoot cannot use control means that the cooling, so it is difficult to use mathematical method to establish precise model and parameters. While the traditional PID control is an established in classical control theory, the control strategy based on its design depend on mathematical model of the controlled objects, so this kind of control for furnace adopts the traditional PID control object to achieve the ideal control scheme.In order to guarantee the normal production process, improve product safely quantity and quality and to reduce the labor intensity, energy saving, with all kinds of electric heating requirements under certain conditions, not with remains constant voltage fluctuations or furnace changes, or some objects according to the technical requirement of electric furnace temperature or a designated in accordance with the law and heat changes, etc.Therefore, in industrial and agricultural production and scientific experiments to constantly measuring temperature will not only, and to control System.In the resistance furnace temperature control system design, should try to consider how to effectively avoid distractions and USES a better control scheme, select the appropriate chip and control algorithm is necessary to the design with a single-chip microcomputer temperature control system of resistance furnace.Keywords: temperature；Heat treatment；Temperature control system目录摘要 (1)Abstract (2)一、总体方案设计 (4)1、设计内容及要求 (4)2、工艺要求 (4)3、要求实现的系统基本功能 (5)4、对象分析 (5)5、系统功能设计 (5)二、硬件的设计和实现 (5)1、计算机机型 (5)2、设计支持计算机工作的外围电路 (5)3、设计输入输出通道 (8)4、元器件的选择 (10)三、数字控制器的设计 (7)1、控制算法 (10)2、计算过程 (11)四、软件设计 (12)1、系统程序流程图 (12)2、程序清单 (15)五、完整的系统电路图 (27)六、系统调试 (27)七、设计总结 (27)八、参考文献 (27)附录 (28)一、总体方案设计设计任务：用一台计算机及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，并使系统达到工艺要求的性能指标。
计算机控制技术课程设计-温度控制系统设计
计算机控制技术课程设计-温度控制系统设计题目温度控制系统设计学院自动化学院专业自动化专业班级姓名指导教师2014 年 6 月 24 日课程设计任务书题目: 温度控制系统设计要求完成的主要任务: 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T1,20秒，滞后时间常数为τ,10秒。
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K、T、T、T及β的值; pid3)通过数据分析T改变时对系统超调量的影响。
i4)撰写设计说明书。
时间安排:6月9日查阅和准备相关技术资料，完成整体方案设计6月10日—6月12日完成硬件设计6月13日—6月15日编写调试程序6月16日—6月17日撰写课程设计说明书6月18日提交课程设计说明书、图纸、电子文档指导教师签名: 年月日系主任(或责任教师)签名: 年月日摘要本次课程设计我设计的题目是温度控制系统。
通过专业课程的学习，我将引入计算机，单片机，传感器，以及PID算法来实现电炉温度的自动控制，完成课程设计的任务。
计算机的自动控制是机器和仪表的发展趋势，它不仅解放了劳动力，也比以往的人为监控更准确，更及时。
一旦温度发生变化，计算机监控系统可以立即检测到并通过模拟量数字通道传送到计算机。
计算机接收到信号后通过与给定值进行比较后，计算出偏差，再通过PID控制算法给出下一步将要执行的指令。
最后通过模拟量输出通道将指令传送到生产过程，实现机器仪表的智能控制。
本次课程设计用到了MATLAB这一软件，通过编写程序，将被控系统离散化。
再通过MATLAB中的simulink仿真功能，可以看到随着Ki，Kp，Kd改变波形发生的改变，从而可以通过波形直观地看出PID参数对系统动态性能的影响。
电阻炉温控制课程设计
电阻炉温控制课程设计一、教学目标本课程旨在让学生掌握电阻炉温控制的基本原理、方法和技巧。
通过本课程的学习，学生将能够：1.理解电阻炉温控制的基本概念和原理，如PID控制、模糊控制等。
2.掌握电阻炉温控制系统的搭建、调试和优化方法。
3.能够运用所学知识分析和解决实际工程中的电阻炉温控制问题。
4.培养学生的动手能力、创新意识和团队协作精神。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.电阻炉温控制的基本原理：介绍电阻炉的工作原理、温度控制的重要性及其相关概念。
2.电阻炉温控制技术：讲解电阻炉温控制系统的组成、工作原理及各种控制算法。
3.电阻炉温控制系统的设计与实现：介绍电阻炉温控制系统的设计方法、调试技巧及优化策略。
4.电阻炉温控制工程应用案例分析：分析实际工程中的电阻炉温控制案例，让学生学会如何运用所学知识解决实际问题。
5.电阻炉温控制实验：让学生通过实验操作，加深对电阻炉温控制原理和方法的理解。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学：1.讲授法：讲解电阻炉温控制的基本原理、控制算法和工程应用。
2.讨论法：学生针对实际案例进行分析讨论，培养学生的创新意识和团队协作精神。
3.案例分析法：分析实际工程中的电阻炉温控制案例，让学生学会如何运用所学知识解决实际问题。
4.实验法：让学生通过动手实验，加深对电阻炉温控制原理和方法的理解。
四、教学资源为了保证教学效果，本课程将充分利用校内外教学资源，包括：1.教材：选用国内知名出版社出版的电阻炉温控制相关教材，保证课程内容的科学性和系统性。
2.参考书：提供一批电阻炉温控制领域的经典参考书籍，供学生深入学习。
3.多媒体资料：制作精美的PPT课件，辅助学生理解电阻炉温控制的基本原理和工程应用。
4.实验设备：为学生提供电阻炉温控制实验所需的设备，让学生能够亲自动手操作，提高实践能力。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，本课程将采用以下评估方式：1.平时表现：通过课堂参与、提问、小组讨论等环节，评估学生的学习态度和积极性。
电阻炉温度控制系统设计
合卒摩沒Hefei UniversityJ运算机控制课程设计设计题目：电阻炉温度控制系统设计姓名：_____________ 李宏灶 ________学号：00专业班级：08级自动化⑵班指导老师：丁健前言温度是工业生产中主要的被控参数之一，与之相关的各类温度控制系统普遍应用于冶金、化工、机械、食物等领域。
温度控制是工业生产进程中常常碰到的进程控制，有些工艺进程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量。
例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食物加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处置炉、反映炉和锅炉中的温度进行检测和控制；在农业生产、粮食储蓄、运算机机房等都需要对温度进行测量和控制。
因此设计一种较为理想的温度控制系统是超级有价值的。
温度控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，致使传统控制方式超调大、调节时刻长、控制精度低。
采用单片机进行温度控制, 具有电路设讣简单、精度高、控制效果好等长处，对提高生产效率、增进科技进步等方面具有重要的现实意义随着单片机技术的迅速兴起与蓬勃进展，其稳固、安全、高效、经济等长处十分突出，所以其应用也十分普遍。
单片机已经无处不在、与咱们生活息息相关，并且渗透到生活的方方面面。
单片机的特点是体积较小，也就是其集成特性，其内部结构是普通运算机系统的简化，增加一些外围电路，就可以够组成一个完整的小系统，单片机具有很强的可扩展性。
它具有和普通运算机类似的、壮大的数据处置功能，通过利用一些科学的算法，能够取得很强的数据处置能力。
所以单片机在工业应用中，能够极大地提高工业设备的智能化、数据处置能力和处置效率，而且单片机无需占用专门大的空间。
随着检测理论和技术的不断更新，温度传感器的种类也愈来愈多，在微机系统中利用的传感器，必需是能够将非电量转换成电量的传感器，U前常常利用的有热电偶传感器、热电阻传感器和半导体集成传感器等，每种传感器按照其自身特性，都有它自己的应用领域。
微机控制课程设计--电阻炉温度控制系统设计
微机控制课程设计——电阻炉温度控制系统设计班级：学号：姓名:完成日期：2013年5月目录一．课程设计目的 .......................................................................................... 二．课程设计任务 .......................................................................................... 三．课程设计要求 ..........................................................................................四. 系统总体设计 .........................................................................................五.硬件电路设计 ..........................................................................................六.系统软件设计 ..........................................................................................七. 设计总结…………………………………………………………………八. 参考文献…………………………………………………………………九. 附录………………………………………………………………………一．课程设计目的:大学本科学生动手能力的培养和提高是大学本科教育的一个重要内容。
如何让学生在学好基础知识的同时，迅速掌握应用技术，实验与课程设计环节起着非常重要的作用。
电阻炉温度控制系统设计.
计算机控制技术课程答辩论文题目：电阻炉温度控制系统设计电阻炉温度控制系统设计摘要自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。
随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。
电阻炉在国民经济中有着广泛的应用，而大功率的电阻炉则应用在各种工业生产过程中。
然而，大多数电阻炉存在着各种干扰因素，将会给工业生产带来极大的不便。
温度是工业对象中主要的被控参数之一。
尤其是在冶金、化工、机械各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。
由于炉子的种类不同，所采用的加热方法及燃料也不相同，如煤气、天然气等。
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。
因此，本设计要求用单片机设计一个能在多种领域得到广泛应用的电阻炉温度控制系统。
关键词：恒温；热处理；控温系统目录第一章绪论1.1 选题的背景与意义…………………………………………………1.2电阻炉简介……………………………………………………………1.3电阻炉的优点…………………………………………………………第2章系统总体设计………………………………………………………2.1总体方案设计…………………………………………………………2.2对象分析…………………………………………………………………2.3系统功能设计……………………………………………………………第3章硬件设计………………………………………………………………3.1计算机机型……………………………………………………………3.2设计支持计算机工作的外围电路………………………………3.3设计输入输出通道………………………………………………………3.4元器件的选择…………………………………………………………第四章软件设计……………………………………………………………4.1系统程序流程图………………………………………………………4.2程序清单…………………………………………………………………第五章系统调试………………………………………………………………设计总结……………………………………………………………………参考文献……………………………………………………………………附录第1章绪论1.1 选题的背景与意义电阻炉是工农业生产中常用的电加热设备,广泛应用于冶金、机械、建材等行业，而大功率的电阻炉则应用在各种工业生产过程中。
课程设计炉温控制系统的设计
课程设计--炉温控制系统的设计二○一三～二○一四学年第一学期信息科学与工程学院课程设计报告书课程名称：计算机控制与接口技术课程设计班级：学号：姓名：指导教师：二○一三年十一月一、 设计题目和设计要求1.设计题目炉温控制系统的设计2.设计任务和要求设计一个炉温控制系统，对象的传递函数： s e s s G 021158)(-+=，炉子为电炉结构，单相交流220V 供电。
温度设定值：室温~100℃，可以任意调节。
要求： (1) 画出电路原理图，包括：给定值、反馈、显示的电路及主电路； (2) 阐述电路的工作原理；(3) 采用对象为大滞后的算法，求出u(k); (4) 定出闭环数学控制的程序框图。
二、 设计任务分析（一）系统设计：在工业化生产中，需要有大量的加热设备，如用于熔化金属的坩埚炉、用于热处理的加热炉，以及各种不同用途的反应炉，加热炉，温度控制成为制约工业发展的重要环节。
随着计算机技术的不断发展，用于工业生产中炉温控制的微机控制系统更加成熟。
实践证明，它具有功能强、精度高，经济性好的特点，无论在提高产品质量还是产品数量，能源环保，还是改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。
该系统以MCS-51单片机为核心构成一个炉温控制系统，该系统具有对电炉温度的实时控制，定时检测和调节，温度数据显示并打印，存储必要的信息等功能。
由外部操作键盘，输入给定数值，进行相应的参数设定，并可以根据需要进行手动、自动之间的切换。
本系统主要由单片机应用系统主机板、晶闸管主电路及电气控制、温度检测与信号放大模块、数字控制与同步触发模块等部分组成。
单片机应用系统主机板采用模块式结构，功口线和各信号设计成总线形式，应用系统的各部分都通过总线插座方便地与单片机接口。
Ⅰ.典型的反馈式温度控制系统通常由下图（a ）所示的几部分组成，其中调节器 由微型机来完成。
图a 单片机炉温控制系统结构图Ⅱ.给定信号如何给计算机温度给定值可以通过计算机键盘输入（键盘与单片机连接），也可以通过数学表达式由程序自动设定，还可以用拨码盘，一般拨码盘常用于过程控制的控制柜（化工企业）。
计算机控制技术课程设计(整理版).
电阻加热炉温度控制系统设计一、摘要温度是工业对象中主要的被控参数之一。
尤其是在冶金、化工、机械各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。
由于炉子的种类不同，所采用的加热方法及燃料也不相同，如煤气、天然气等。
但就控制系统本身的动态特性而言，均属于一阶纯滞后环节，在控制算法上基本相同，可采用PID控制或其他纯滞后补偿算法。
但对于电阻加热炉来说，当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确模型和确定参数。
而传统PID控制是一种建立在经典控制理论基础上的控制策略，其设计依赖于被控对象的数学模型，因此对于加热炉这类控制对象采用传统PID的控制方案很难达到理想的控制效果。
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。
因此，在工农业生产或科学实验中常常对温度不仅要不断地测量，而且要进行控制。
在电阻炉温度控制系统的设计中，应尽量考虑到如何有效地避免各种干扰因素而采用一个较好的控制方案，选择合适芯片及控制算法是非常有必要的本设计要用单片机设计一个电阻炉温度控制系统。
电阻炉的类型根据其热量产生的方式不同，可分为间接加热式和直接加热式两大类。
间接加热式电阻炉，就是在炉子内部有专用的电阻材料制作的加热元件，电流通过加热元件时产生热量，再通过热的传导、对流、辐射而使放置在炉中的炉料被加热。
直接加热式电阻炉，是将电源直接接在所需加热的材料上，让强大的电流直接流过所需加热的材料，使材料本身发热从而达到加热的效果。
工业电阻炉，大部分采用间接加热式，只有一小部分采用直接加热式。
由于电阻炉具有热效率高、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。
二、总体方案设计1、设计任务：电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验，电加热炉用电炉丝提供功率，使其在预定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值。
电阻炉的温度控制系统设计(课程设计)
、电阻炉的温度控制系统设计摘要电阻炉在冶金工业中的运用相当广泛,其温度参数在生产过程中的自动控制系统也随着微机单片机可控硅技术在工业控制领域的推广、应用,正朝着高精度、高稳定性、高智能化的方向发展。
电阻加热炉是典型的工业过程控制对象。
其温度控制具有升温单向性、大惯性、大滞后、时变性等特点，且其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。
温度是工业对象中主要的被控参数之一。
尤其是在冶金、化工、机械各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。
由于炉子的种类不同，所采用的加热方法及燃料也不相同，如煤气、天然气等。
但就控制系统本身的动态特性而言，均属于一阶纯滞后环节，在控制算法上基本相同，可采用PID控制或其他纯滞后补偿算法。
但对于电阻加热炉来说，当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确模型和确定参数。
而传统PID控制是一种建立在经典控制理论基础上的控制策略，其设计依赖于被控对象的数学模型，因此对于加热炉这类控制对象采用传统PID 的控制方案很难达到理想的控制效果。
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。
因此，在工农业生产或科学实验中常常对温度不仅要不断地测量，而且要进行控制。
在电阻炉温度控制系统的设计中，应尽量考虑到如何有效地避免各种干扰因素而采用一个较好的控制方案，选择合适芯片及控制算法是非常有必要的本设计要用单片机设计一个电阻炉温度控制系统。
~关键词：恒温；热处理；控温系统…Design for Temperature Control System of Resistance FurnaceAbstractThe resistance furnace in metallurgical industry is widely application, its temperature parameters in the production process of automatic control system with single-chip microcomputer control technology in the field of industrial silicon, the popularization and application in high precision, high stability, high intelligent direction. Resistance furnace is typical of industrial process control object. The temperature control with temperature mono-direction and large inertia, the lag and time-varying characteristics, such as temperature, heat preservation and heat resistance wire depend on environment, cooling is natural cooling.Temperature is the main objects of accused of parameters. Especially in metallurgy, chemical, machinery, widely used in various industries of heating furnace, heat treatment furnace, reactors. Because of the different kinds of heating method is adopted, and the fuel is not identical also, such as coal gas, natural gas etc. But control system dynamic characteristics of itself, all belong to a first-order lagging pure, in the same basic control algorithm, PID control or other pure lag compensation algorithm. But for resistance furnace, when the temperature once overshoot cannot use control means that the cooling, so it is difficult to use mathematical method to establish precise model and parameters. While the traditional PID control is an established in classical control theory, the control strategy based on its design depend on mathematical model of the controlled objects, so this kind of control for furnace adopts the traditional PID control object to achieve the ideal control scheme.In order to guarantee the normal production process, improve product safely quantity and quality and to reduce the labor intensity, energy saving, with all kinds of electric heating requirements under certain conditions, not with remains constant voltage fluctuations or furnace changes, or some objects according to the technical requirement of electric furnace temperature or a designated in accordance with the law and heat changes, etc.Therefore, in industrial and agricultural production and scientificexperiments to constantly measuring temperature will not only, and to control System.In the resistance furnace temperature control system design, should try to consider how to effectively avoid distractions and USES a better control scheme, select the appropriate chip and control algorithm is necessary to the design with a single-chip microcomputer temperature control system of resistance furnace.\Keywords: temperature； Heat treatment； Temperature control system目录摘要 (1)Abstract (2)一、总体方案设计 (4)1、设计内容及要求 (4)—2、工艺要求 (4)3、要求实现的系统基本功能 (5)4、对象分析 (5)5、系统功能设计 (5)二、硬件的设计和实现 (5)1、计算机机型 (5)2、设计支持计算机工作的外围电路 (5)3、设计输入输出通道 (8)（4、元器件的选择 (10)三、数字控制器的设计 (7)1、控制算法 (10)2、计算过程 (11)四、软件设计 (12)1、系统程序流程图 (12)2、程序清单 (15)五、完整的系统电路图 (27)《六、系统调试 (27)七、设计总结 (27)八、参考文献 (27)附录 (28)一、总体方案设计!设计任务：用一台计算机及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，并使系统达到工艺要求的性能指标。
计算机控制技术课程设计之电阻炉温度控制系统
摘要随着科学技术的迅猛发展，各个领域对温度控制系统的精度、稳定性等要求越来越高，控制系统也千变万化。
电阻炉广泛应用于各行各业，其温度控制通常采用模拟或数字调节仪表进行调节，但存在着某些固有的缺点。
而采用单片机进行炉温控制，可大大地提高控制质量和自动化水平，具有良好的经济效益和推广价值。
本设计以89C51单片机为核心控制器件，以ADC0809作为A/D转换器件，采用闭环直接数字控制算法，通过控制可控硅来控制热电阻，进而控制电炉温度，最终设计了一个满足要求的电阻炉微型计算机温度控制系统。
关键字：电阻炉89C51单片机温度控制A/D转换电阻炉温度控制系统1系统的描述与分析1.1系统的介绍该系统的被控对象为电炉，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0~500℃，温度传感器测量值对应也为0~5伏，对象的特性为带有纯滞后环节的一阶惯性系统，这里惯性时间常数取T1＝30秒，滞后时间常数取τ＝10秒。
该系统利用单片机可以方便地实现对PID参数的选择与设定，实现工业过程中PID控制。
它采用温度传感器热电偶将检测到的实际炉温进行A/D转换，再送入计算机中，与设定值进行比较，得出偏差。
对此偏差按PID规律进行调整，得出对应的控制量来控制驱动电路，调节电炉的加热功率，从而实现对炉温的控制。
利用单片机实现温度智能控制，能自动完成数据采集、处理、转换、并进行PID控制和键盘终端处理（各参数数值的修正）与显示。
在设计中应该注意，采样周期不能太短，否则会使调节过程过于频繁，这样，不但执行机构不能反应，而且计算机的利用率也大为降低；采样周期不能太长，否则会使干扰无法与时消除，使调节品质下降。
1.2技术指标设计一个基于闭环直接数字控制算法的电阻炉温度控制系统具体化技术指标如下：1.电阻炉温度控制在0~500℃；2. 加热过程中恒温控制，误差为±2℃；3. LED实时显示系统温度，用键盘输入温度，精度为1℃；4. 采用直接数字控制算法，要求误差小，平稳性好；2方案的比较和确定方案一系统采用8031作为系统的微处理器。
1计算机控制技术课程设计之电阻炉温度控制系统
计算机控制课程设计课题：电阻炉温度控制系统院系：成绩：河南城建学院年月日目录一、设计目的 (1)二、设计任务及要求 (1)三、方案设计 (1)3.1 系统组成总体结构 (2)3.2 控制器设计 (2)四、系统硬件设计 (5)4.1 硬件设计 (5)4.2 电源部分 (5)4.3温度检测电路 (6)4.4 A/D转换电路 (6)4.5 输出通道设计 (7)4.6键盘的选取 (8)五、系统软件设计 (8)5.1初始化程序 (8)5.2中端服务程序 (8)5.3系统主程序 (8)5.4模数转换模块 (10)六、系统仿真与结果分析 (11)七、结束语 (13)参考文献............................................... 错误!未定义书签。
一、设计目的计算机控制技术课程是集微机原理、计算机技术、控制理论、电子电路、自动控制系统、工业控制过程等课程基础知识一体的应用性课程，具有很强的实践性。
通过这次课程设计进一步加深对计算机控制技术课程的理解，掌握计算机控制系统硬件和软件的设计思路，以及对相关课程理论知识的理解和融会贯通，提高运用已有的专业理论知识分析实际应用问题的能力和解决实际问题的技能，培养独立自主、综合分析与创新性应用的能力。
二、设计任务及要求在本控制对象电阻加热炉功率为800W ，由220V 交流电供电，采用双向可控硅进行控制。
本设计针对一个温度区进行温度控制，要求控制温度范围50℃～350℃，保温阶段温度控制精度为±1C °。
选择合适的传感器，计算机输出信号经转换后通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压，其对象的温控数学模型为：1)(+=-s T e K s G d sd τ其中：时间常数Td=350s 放大系数Kd=5 滞后时间τ=10s控制算法选用改PID 控制三、方案设计加热炉是典型的工业过程控制对象，在我国应用广泛。
电加热炉的温度控制具有升温单向性，大惯性，大滞后，时变性等特点。
微机控制课程设计--电阻炉温度控制系统设计
微机控制课程设计——电阻炉温度控制系统设计班级：学号：姓名:完成日期：2013年5月目录一．课程设计目的 .......................................................................................... 二．课程设计任务 .......................................................................................... 三．课程设计要求 ..........................................................................................四. 系统总体设计 .........................................................................................五.硬件电路设计 ..........................................................................................六.系统软件设计 ..........................................................................................七. 设计总结…………………………………………………………………八. 参考文献…………………………………………………………………九. 附录………………………………………………………………………一．课程设计目的:大学本科学生动手能力的培养和提高是大学本科教育的一个重要内容。
如何让学生在学好基础知识的同时，迅速掌握应用技术，实验与课程设计环节起着非常重要的作用。
计算机控制技术课程设计(整理版)
电阻加热炉温度控制系统设计一、摘要温度是工业对象中主要的被控参数之一。
尤其是在冶金、化工、机械各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。
由于炉子的种类不同，所采用的加热方法及燃料也不相同，如煤气、天然气等。
但就控制系统本身的动态特性而言，均属于一阶纯滞后环节，在控制算法上基本相同，可采用PID控制或其他纯滞后补偿算法。
但对于电阻加热炉来说，当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确模型和确定参数。
而传统PID控制是一种建立在经典控制理论基础上的控制策略，其设计依赖于被控对象的数学模型，因此对于加热炉这类控制对象采用传统PID的控制方案很难达到理想的控制效果。
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。
因此，在工农业生产或科学实验中常常对温度不仅要不断地测量，而且要进行控制。
在电阻炉温度控制系统的设计中，应尽量考虑到如何有效地避免各种干扰因素而采用一个较好的控制方案，选择合适芯片及控制算法是非常有必要的本设计要用单片机设计一个电阻炉温度控制系统。
电阻炉的类型根据其热量产生的方式不同，可分为间接加热式和直接加热式两大类。
间接加热式电阻炉，就是在炉子内部有专用的电阻材料制作的加热元件，电流通过加热元件时产生热量，再通过热的传导、对流、辐射而使放置在炉中的炉料被加热。
直接加热式电阻炉，是将电源直接接在所需加热的材料上，让强大的电流直接流过所需加热的材料，使材料本身发热从而达到加热的效果。
工业电阻炉，大部分采用间接加热式，只有一小部分采用直接加热式。
由于电阻炉具有热效率高、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。
二、总体方案设计1、设计任务：电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验，电加热炉用电炉丝提供功率，使其在预定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值。
电阻炉的温度控制系统设计(课程设计)
电阻炉的温度控制系统设计之答禄夫天创作摘要电阻炉在冶金工业中的运用相当广泛,其温度参数在生产过程中的自动控制系统也随着微机单片机可控硅技术在工业控制领域的推广、应用,正朝着高精度、高稳定性、高智能化的方向发展.电阻加热炉是典范的工业过程控制对象.其温度控制具有升温单向性、年夜惯性、年夜滞后、时变性等特点, 且其升温、保温是依靠电阻丝加热, 降温则是依靠环境自然冷却.温度是工业对象中主要的被控参数之一.尤其是在冶金、化工、机械各类工业中, 广泛使用各种加热炉、热处置炉、反应炉等.由于炉子的种类分歧, 所采纳的加热方法及燃料也不相同, 如煤气、天然气等.但就控制系统自己的静态特性而言, 均属于一阶纯滞后环节, 在控制算法上基秘闻同, 可采纳PID控制或其他纯滞后赔偿算法.但对电阻加热炉来说, 当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温, 因而很难用数学方法建立精确模型和确定参数.而传统PID控制是一种建立在经典控制理论基础上的控制战略, 其设计依赖于被控对象的数学模型, 因此对加热炉这类控制对象采纳传统PID的控制方案很难达到理想的控制效果.为了保证生产过程正常平安地进行, 提高产物的质量和数量, 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坚持恒温, 不能随电源电压摆荡或炉内物体而变动, 或者有的电炉的炉温根据工艺要求依照某个指定的升温或保温规律而变动, 等等.因此, 在工农业生产或科学实验中经常对温度不单要不竭地丈量, 而且要进行控制.在电阻炉温度控制系统的设计中, 应尽量考虑到如何有效地防止各种干扰因素而采纳一个较好的控制方案, 选择合适芯片及控制算法是非常有需要的本设计要用单片机设计一个电阻炉温度控制系统.关键词：恒温；热处置；控温系统Design for Temperature Control System of ResistanceFurnaceAbstractThe resistance furnace in metallurgical industry is widely application, its temperature parameters in the production process of automatic control system with single-chip microcomputer control technology in the field of industrial silicon, the popularization and application in high precision, high stability, high intelligent direction. Resistance furnace is typical of industrial process control object. The temperature control with temperature mono-direction and large inertia, the lag and time-varying characteristics, such as temperature, heat preservation and heat resistance wire depend on environment, cooling is natural cooling.Temperature is the main objects of accused of parameters. Especially in metallurgy, chemical, machinery, widely used in various industries of heating furnace, heat treatment furnace, reactors. Because of the different kinds of heating method is adopted, and thefuel is not identical also, such as coal gas, natural gas etc. But control system dynamic characteristics of itself, all belong to a first-order lagging pure, in the same basic control algorithm, PID control or other pure lag compensation algorithm. But for resistance furnace, when the temperature once overshoot cannot use control means that the cooling, so it is difficult to use mathematical method to establish precise model and parameters. While the traditional PID control is an established in classical control theory, the control strategy based on its design depend on mathematical model of the controlled objects, so this kind of control for furnace adopts the traditional PID control object to achieve the ideal control scheme.In order to guarantee the normal production process, improve product safely quantity and quality and to reduce the labor intensity, energy saving, with all kinds of electric heating requirements under certain conditions, not with remains constant voltage fluctuations or furnace changes, or some objects according to the technical requirement of electric furnace temperature or a designated in accordance with the law and heat changes, etc.Therefore, in industrial and agricultural production and scientific experiments to constantly measuring temperature will not only, and to control System. In the resistance furnace temperature control system design, should try to consider how to effectively avoid distractions and USES a better control scheme, select theappropriate chip and control algorithm is necessary to the design with a single-chip microcomputer temperature control system of resistance furnace.Keywords: temperature； Heat treatment； Temperature control system目录摘要 (1)Abstract (2)一、总体方案设计 (4)1、设计内容及要求 (4)2、工艺要求 (4)3、要求实现的系统基本功能 (5)4、对象分析 (5)5、系统功能设计 (5)二、硬件的设计和实现 (5)1、计算机机型 (5)2、设计支持计算机工作的外围电路 (5)3、设计输入输出通道 (8)4、元器件的选择 (10)三、数字控制器的设计 (7)1、控制算法 (10)2、计算过程 (11)四、软件设计 (12)1、系统法式流程图 (12)2、法式清单 (15)五、完整的系统电路图 (27)六、系统调试 (27)七、设计总结 (27)八、参考文献 (27)附录 (28)一、总体方案设计设计任务：用一台计算机及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统, 并使系统达到工艺要求的性能指标.1、设计内容及要求电阻加热炉用于合金钢产物热力特性实验, 电加热炉用电炉丝提供功率, 使其在预定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值.在本控制对象电阻加热炉功率为8KW, 有220V交流电源供电, 采纳双向可控硅进行控制.系统模型：2、工艺要求依照规定的曲线进行升温和降温, 温度控制范围为50～350℃, 升温和降温阶段的温度控制精度为±5℃, 保温阶段温度控制精度为±2℃.3、要求实现的系统基本功能微机自动调节：正常工况下, 系统投入自动.模拟手动把持：当系统发生异常, 投入手动控制.微机监控功能：显示以后被控量的设定值、实际值, 控制量的输出值, 参数报警时有灯光报警.4、对象分析在此设计中, 要求电阻炉炉内的温度, 依照上图所示工艺要求的规律变动, 首先从室温开始到50℃为自由升温阶段, 当温度达到50℃, 就进入系统调节, 当温度上升达到350℃时进入保温段, 要求始终在系统控制下, 保证所需的炉内温度的精度.加工完毕, 要进行降温控制.保温段的时间为600～1800s.过度过程时间：即从开始控制到进入保温阶段的时间要小于600s.在保温段当温度高于352℃或低于348℃时要报警, 在升温和降温阶段也要进行控制, 使炉内温度依照曲线的斜率升或降.采纳MCS—51单片机作为控制器, ADC0809模数转换芯片为模拟量输入, DAC0832数模转换芯片为模拟量输出, 铂电阻为温度检测元件, 运算放年夜器和可控硅作为功率放年夜, 电阻炉为被控对象, 组成电阻炉炉温控制系统, 另外, 系统还配有数字显示, 以便显示和记录生产过程中的温度和输出值.5、系统功能设计计算机按时对炉温进行丈量和控制一次, 炉内温度是由铂电阻温度计来进行丈量, 其信号经放年夜送到模数转换芯片, 换算成相应的数字量后, 再送入计算机中进行判别和运算, 获得应有的电功率数, 经过数模转换芯片转换成模拟量信号, 供给可控硅功率调节器进行调节, 使其达到炉温变动曲线的要求.二、硬件的设计和实现1、计算机机型：MCS—51 8031（不包括ROM、EPROM）系统总线：PC总线2、设计支持计算机工作的外围电路矩阵键盘技术：图2-1用8255接口的4×8键盘矩阵图2-1为4×8矩阵组成的32键盘与微机接口电路.图中8255端口C为行扫描口, 工作于输出方式, 端口A工作于输入方式, 用来读入列值.图中I/O口地址必需满足___CE=0, 才华选中相应的寄存器.在每一行与列的交叉点接一个按键, 故4×8共32个键.温度输出显示技术：LED静态显示接口技术, 所谓静态显示,即CPU输出显示值后,由硬件保管输出值,坚持显示结果.图2-2用锁存器连接的6位静态显示电路图2-2为6位BCD码静态显示电路原理图.图中74LS244为总线驱动器, 6位数字显示共用同一组总线, 每个LED显示器均配有一个锁存器（74LS377）, 用来锁存待显示的数据.当被显示的数据从数据总线经74LS244传送到各锁存器的输入端后, 究竟哪一个锁存器选通, 取决于地址译码器74LS138各输出位的状态.总线驱动器74LS244由IOW和A9控制, 当IOW和A9同时为低电平时, 74LS244翻开, 将数据总线上的数据传送到各个显示器的锁存器74LS377上.特点:占用机时少,显示可靠.但使用元件多,且线路复杂、本钱高.报警电路设计：正常运行时绿灯亮, 在保温阶段炉内温度超越系统允差范围, 就要进行报警.报警时报警红灯亮, 电笛响, 同时发送中断信号至CPU进行处置.如图2-3图2-3加热炉报警系统图3、设计输入输出通道输入通道：因为所控的实际温度在50 ～ 350℃℃/字, 再加放年夜器偏置办法实现.（通过调整放年夜器的零点来实现偏置）这里采纳一般中速芯片ADC0809.ADC0809是带有8位A/D转换器, 8路多路开关以及微型计算机兼容的控制逻辑的CMOS组件, 其转换方法为逐次迫近型.8路的模拟开关由地址锁存器和译码器控制, 可以在8个通道中任意访问一个通道的模拟信号.这种器件无需进行零位和满量程调整.由于多路开关的地址输入部份能够进行锁存和译码, 而且其三态TTL输出也可以锁存, 所以它易于与微型计算机接口.其具有较高的转换速度和精度, 受温度影响较小, 能较长时间保证精度, 重现性好, 功耗较低, 故用于过程控制是比力理想的器件.图2-4ADC0809应用接线图输出通道：据其实际情况, D/A转换器的位数可低于A/D转换器的位数, 因为一般控制系统对输出通道分辨率的要求比输入通道的低, 所以这里采纳经常使用的DAC0832芯片DAC0832是8位D/A转换器, 与微处置器完全兼容.期间采纳先进的CMOS工艺, 因此功耗低, 输出漏电流误差较小.它的内部具有两级输入数据缓冲器和一个R-2RT型电阻网络, 因DAC0832电流输出型D/A转换芯片, 为了取得电压输出, 需在电流输出端接运算放年夜器, Rf为为运算放年夜器的反馈电阻端.图2-5DAC0832双极性电压输出电路双极性电压输出的D/A转换电路通常采纳偏移二进制码、补码二进制码和符号一数值编码.只要在单极性电压输出的基础上再加一级电压放年夜器, 并配以相关电阻网络就可以构成双极性电压输出.在上图中, 运算放年夜器A2的作用是把运算放年夜器A1的单向输出电压转酿成双向输出.4、元器件的选择传感器的选择：铂铑10—铂热电偶, S型, 正极性, 量程0—1300℃, 使用温度小于即是600℃, 允差±℃.执行元件的选择：电阻加热炉采纳晶闸管（SCR）来做规律控制, 结合电阻炉的具体要求, 为了减少炉温的纹波, 对输出通道采纳较高的分辨率的方案, 因此采纳移相触发方式, 而且由模拟触发器实现移相触发.变送器的选择：因为系统要求有偏置, 又需要对热电偶进行冷端赔偿, 所以采纳惯例的DDZ 系列温度变送器.控制元件：采纳双向可控硅进行控制, 其功能相当于两个单向可控硅反向连接, 具有双向导通功能, 其通断状态有控制极G 决定.在控制极加上脉冲可使其正向或反向导通.三、数字控制器的设计1、控制算法：电阻加热炉温度控制系统框图：.整个闭环系统可用一个带纯滞后的一阶惯性环节来近似, 所以其控制算法采纳年夜林算法.电阻加热炉温度控制系统模型为其广义的传递函数为：年夜林算法的设计目标是设计一个合适的数字控制器, 使整个闭环系统的传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节, 即：通常认为对象与一个零阶坚持器相串连, 相对应的整个闭环系统的脉冲传递函数是：11788.2)(40+=-s e s G s2、计算过程：连同零阶坚持器在内的系统广义被控对象的传递函数系统闭环传递函数数字控制器：消除振铃现象后的数字控制器：将上式离散化：U（Z）—U（Z）Z—1=1.279E（Z）—1.226E（Z）Z—1U（K）—U（K—1）=1.279E（K）—1.226E（K—1）最终得：U（K）=U（K—1）+1.279E（K）—1.226E（K—1）四、软件设计1、系统法式流程图a、系统主法式框图b、A/D转换子法式流程图c、LED显示流程图d、报警法式流程图e、数字控制算法子法式流程图2、法式清单ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HAJMP KEYSORG 000BHAJMP PIT0ORG 001BHAJMP PIT1 ；中断入口及优先级MAIN： MOV SP, #00HCLR 5FH ：清上下限越限标识表记标帜MOV A, #00HMOV R7, #09HMOV R0, #28HLP1：MOV @R0, AINC R0DJNZ R7, LP1MOV R7, #06HMOV R0, #39HLP2：MOV @R0, AINC R0DJNZ R7, LP2MOV R7, #06HMOV RO, #50HLP3：MOV @R0, AINC R0DINZ R7, LP3 ；清显示缓冲区MOV 33H, #00HMOV 34H, #00H ；赋KP高低字节MOV 35H, #00HMOV 36H, #00H ；赋KI高低字节MOV 37H, #00HMOV 38H, #00H ；赋KD高低字节MOV 42H, #00HMOV 43H, #00H ；赋K高低字节MOV TMOD, #56H ；T0方式2, T1方式1计数MOV TLO, #06HMOV THO, #06HMOV 25H, #163H ；设定值默认值350SETB TR0 ；键盘高优先级SETB ET0SETB EX0SETB EA ；开键盘T0.T1中断LOOP： MOV R0, #56HMOV R1, #55HLCALL SCACOV ；标度转化MOV R0, #53HLCALL DIRNOPLCALL DLY10MSNOPLCALL DLY10MSAJMP LOOP ；等中断键盘子法式KEYS： CLR EX0CLR EAPUSH PSWPUSH ACC ；关中断LCALL DLY10MS ；消抖CC：J B P3.2 AASETB 5DH ；置“显示设定值温度值标识表记标帜”MOV A, 25H ；取运算位的值MOV B, #10H ；BCD码转化DIV A BMOV 52H, AMOV A, BMOV 51H, AMOV R0,#50HLCALL D IR ;显示设定温度NOPLCALL DLY10MSNOPLCALL D LY10MSJB P1.7 ,BBMOV R1,#25HLCALL D AAD1NOPLCALL DLY10MSAJMP CCBB: J B P1.6 CCMOV R1,#25HLCALL D EEC1NOPLCALL D LY10MSAJMP C CAA: P OP ACCPOP PSWSETB EX0SETB EA ;出栈RETI显示子法式DIR: M OV SCON ,#00H ;置串行口移位寄存器状态SETB P1.4 ;开显示JB 5DH,DL1 ;显示设定温度DL2: M OV DPTR,#SEGTDL0: M OV A,@R0MOVC A,@A+DPTRMOV SBUF ,ALOOP1: J NB TI, LOOP1CLR TIINC R0MOV A,@R0MOVC A,@A+DPTRANL A, #7FH ；使数带小数点MOV SBUF ,ALOOP2: J NB TI,LOOP2CLR TIINC R0MOV A,@R0MOVC A,@A+DPTRMOV SBUF,ALOOP3: J NB TI,LOOP3CLR TICLR 5DHRETDL1: MOV 50H,#0AH ;小数位黑屏AJMP DL2SEGT: DB0C0H ,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH加一子法式DAAD1: MOV A,#00HORL A,@R1ADD A,#01HCJNE A,#30H,DAAD2 ;超越48度了吗?DAAD3: MOV @R1,ADAA: RETDAAD2: JC DAAD3MOV @R1,#15EH ;超越48则转回到355AJMP DAA减一子法式DEEC1: MOV A,@R1DEC ACJNE A,#15EH,DEEC2 ;低于355度了吗?DEEC3: MOV @R1,ADEE : RETDEEC2: J NC DEEC3MOV @R1,#30H ;低于355则转回到48AJMP DEET0中断子法式PTT0: C LR EAPUSH A CCPUSH P SWPUAH D PLPUSH DPHSETB EA ;压栈后开中断响应键盘PPP: LCALL SMAP ；采样数据LCALL FILTER ;数字滤波MOV A,2AH ;取采样值CJNE A,#07H,AAA ;下限48比力AJMP BBBAAA: JC CCC ;小于48度转CJNE A,#0FEH ,DDD ;上限355比力AJMP BBB ;转至48~355正常范围处置DDD: JC BBBCLR P1.2 ;年夜于355黄灯亮SETB 5EHCLR P1.1 ;置标识表记标帜启动风扇AJMP PPPCCC: CLR P1.3 ;小于48红灯亮SETB 5FHBBB: CLR P1.0 ;置标识表记标帜启动电炉AJMP PPPCLR 5EHCLR 5FH ;50~350之间正常LCALL PIDJNB 20H,EEF ;设定温度小于实际值转到风扇MOV A,29HLCALL FFFLOOP10: MOV R0,#56H ;寄存相乘结果的首址MOV R1,#55H ;赋显示缓冲区最高位地址LCALL S CACOV ;标度转化MOV R0,#53H ;赋显示首址CLR DIRJB D5H,LOOP10 ;等候T1中断CLR EAPOP DPHPOP DPLPOP PSWSETB EAPOP ACCRETIEEE: MOV A,28H ;风扇处置LCALL FFFAJMP LOOP10FFF: CRL A ;根据PID结果计算T1初值INC AMOV TL1,AMOV TH1,#0FFHSETB PI1SETB TR1SETB ET1RET标度转化SCACOV :PROC NEARMOV DX,0MOV DATA1,#258HMOV DATA2,#708HMOV DATA3,#960HPROC NEARMOV DX,0MOV AX,DATAP;取采样时间CMP AX,DATA3 ;时间年夜于2400?JAE Q3DORCMP AX,DATA2JAE Q3-Q2; 1800<时间<2400CMP AX,DATA3JAE Q2-Q1 ; 600<时间<1800Q0: MOV BX,0.8H ;<600S Q=50+t/2MUL BXADC DX,0JMP DONEQ2-Q1: MOV AX,#15EH ;Q=350Q3-Q2: SUB AX,DATA2;Q=350-(t-1800)/2MUL BXMOV AX,#15EHSUB AX,BXMOV @R1,APP: R ET采样子法式SWAP: M OV R0,#20HMOV R1,#03HSAW1: MOV DPTR,#7FF8HMOVX @DPTR A ;A/D转化MOV R2,#20HDLY: D JNZ R2,DLY ;延时HERE: JB P3.3 ,HEREMOV DPTR,#7FF8HMOVX A,@DPTR ;读转化结果MOV @R0,AINC R0DJNZ R1,SAM1RET数字滤波FILTER: MOV A, 20HCJNE A,2DH CMP1AJMP CMP2CMP1: JNC CMP2XCH A,2DHXCH A,2CHCMP2: MOV A,2DHCJNE A,22EH,CMP3MOV 2AH,AAJMP RRCMP3: JC CMP4MOV 2AH,AAJMP RRCMP4: MOV A,2EHCJNE A,2CH,CMP5MOV 2AH ,AAJMP R RCMP5: JC CMP6XCH A,2CHCMP6: M OV 2AH,ARR: R ETT1中断PIT1: C LR 00HJB 20H, GGGSETB P1.0 ;关闭电炉GG: CLR PT1RETIGGG: SETB P1.1 ;关闭风扇CLR 20HAJMP G G延时10MS子法式DLY10MS: MOV R7,#0A0HDLOO: MOV R6,#0FFHDL11: D JNZ R6,DL11DJNZ R7,DL00RET数字PID算法子法式PID: M OV R5,#00HMOV R4,2DH ;取NX值MOV R3,#00HMOV R2,#32H ;取50LCALL C PL1LCALL D SUM ;求(NX-32H)值MOV R0,#5AH ;赋乘法算法运算暂存单位地址首址MOV R5,#05HMOV R4,#1CH ;赋参数LCALL M ULT ;调无符号数乘法MOV 31H ,5BHMOV 32H ,5AH ;寄存结果有效值MOV R5,31HMOV R4,32H ;取双字节UR(设定)MOV R3,2AHMOV R2,#00H ;取双字节实测值ACALL C PL1 ;取U(K)补码ACALL D SUM ;计算E(K) MOV 39H, R7MOV 3AH,R6 ;存E(K) MOV R5,35HMOV R4,36H ;取KI参数MOV R0,#4AHACALL MULT1 ;计算PI=KI*E(K)MOV R2,39HMOV R4,3AH ;取E(K)MOV R3,3BHMOV R2,3CH ;取E(K-1)MOV R5,33HMOV R4,34H ;取KP参数MOV R0,#46HACALL M ULT1 ;KP*[ E(K)- E(K-1)]MOV R5,49HMOV R4,48HMOV R3,4DHMOV R2,4CHLCALL D SUM ;KP*[ E(K)- E(K-1)]+ KI*E(K)MOV 4AH, R7MOV 4BH,R6 ;保管上式之和MOV R5,39HMOV 3CH,3AH ;存E(K)到E(K-1)MOV A,31H ;取设定值CJNE A,2AH,AA2 ;比力设定值与实测值AA3: C LR 20H ;清电炉标识表记标帜AA1: R ETAA2 JNC AA3SETB 20H ; 清风扇标识表记标帜位MOV R3,39HMOV R2,3AHLCALL CPL1MOV A,R3MOV R7,AMOV A,R2MOV R6,AMOV R5,42HMOV R4,43H ;取K1风扇标识表记标帜MOV R0,#5AHACALL MULT1 ;计算P=K*E(K)且结果存在51H,50H单位中MOV 28H,5BH ;取8位有效值存在28H单位AJMP AADSUM: MOV A,R4 ;双字节加法子法式(R5R4)+(R3R2) (R7R6)ADD A,R2MOV R6,AMOV A,R5ADDC A,R3MOV R7,ARET双字节求补CPL1: M OV A,R2CPL AADD A,#01HMOV R2,AMOV A,R3CPL AADDC A,#00HMOV R3,ARET乘法被乘数R7R6乘数R5R4MULT1: MOV A,R7RLC AMOV 5CH,C ;被乘数符号C1 5CH位JNC POS1 ;为正数则转MOV A,R1 ;为负数求补CPL AADD A,#01HMOV R6,AMOV A,R7CPL AADDC A,#00HMOV R7,APOS1: M OV A,R5 ;取乘数RLC A ;乘数符号C25DHMOV 5DH,CJNC POS2 ;为正数则转MOV A,R4CPL AADD A,#01HMOV R4,AMOV A,R5CPL AADDC A,#00HMOV R5,APOS2: A CALL MULTMOV C,5CHANL C,5DHJC TPL ;负负相乘转MOV C,5CHMOV C,5DHJNC TPL ; 正正相乘转DEC R0MOV A,@ROCPL AADD A,#01MOV @R0,AINC R0MOV A,@R0CPL AADDC A,#00HMOV @R0,ATPL: RETMULT: MOV A,R6MOV B,R4 ;取低位相乘MUL ABMOV @R0,AMOV R3,BMOV A,R4MOV B,R7MUL ABADD A,R3MOV R3,AMOV A,BADDC A,#00HMOV R2,AMOV A,R6MOV B,R5MUL ABADD A,R3INC R0MOV @R0,ACLR 5BHMOV A,R2ADDC A,BMOV R2,AJNC LASTSETB 5BH ;置进位标识表记标帜LAST: MOV A,R7MOV B,R5MUL ABADD A,R2INC R0MOV @R0,A ;存积MOV A,BADDC A,#00HMOV C,5BHADDC A,#00HINC R0MOV @R0,ARETEND五、完整的系统电路图附录六、系统调试在系统调试过程中, 将系统各部份硬件连接, 检测各部份是否正确.然后就可以进入硬件调试, 调试的主要任务是排除硬件的故障, 其中包括设计毛病和工艺性故障, 然后在进行软件的调试, 软件调试时需要检查编程是否正确, 用微型机对MCS51系列单片机法式进行交叉汇编.在硬件、软件独自调试后, 即可进入硬件、软件联合调试阶段, 找出硬件、软件之间不相匹配的处所, 反复修改和调试, 直到符合设计要求.七、设计总结经过一周的设计, 我对这门课程有了更深的了解.在设计过程中, 首先要熟悉系统的工艺, 进行对象的分析, 要熟悉各元件的参数, 依照要求确定方案.然后要进行硬件和软件的设计和调试.由于没有实际的样机, 所以不能看到系统的运行结果.只能在理论上对系统的结果进行预测分析.通过设计实验, 使我了解了人机交互接口技术、微型机控制系统输入/输出接口的扩展方法, 模拟量输入/输出通道的设计, 经常使用控制法式的设计方法, 数据处置技术, 以及数字控制器算法.此次设计使我对微型计算机控制技术有了全面的深刻的了解, 对我以后深入学习这门技术有很年夜的帮手.八、参考文献(1) 潘新民, 王燕芳.微型计算机控制技术.高等教育出书社,2001(2) 马修水, 李晓林.传感器与检测技术（第二版）.电子工业出书社,2008（3）牛昱光, 李晓林.单片机原理与接口技术. 电子工业出书社, 2008（4）马春燕.微机原理与接口技术（基于32位机）.电子工业出书社,2007附录。
计算机控制技术课程设计-炉温控制系统
图 3 单片机的最小系统
3) 模拟量给定输入 在本系统中，被控温度要求在 0~100℃任意调节，在这里采用模拟量给定。 0~5V 则对应 0~100 的温度预设置。通过电位器来实现电位在 0~5V 的调节。通过 STC12C2052 单片机的 AD 模块将模拟信号转换成数字信号送到单片机内部处理。
8 e 20 s ，设采样周期为 T=10s，期望的闭 15s 1
6
计算机控制与接口技术课程设计 环传递函数的一阶惯性环节的时间常数为 10s。即 N=2，可以求出系统的期望的 闭环脉冲传递函数
(z ) 0.6321z-3 1 - 0.3679z 1
被控对象为纯滞后的一阶惯性环节
G(z )
3.8928z-3 1 - 0.5134z 1
因此系统的数字控制器的传递函数为
D(z )
即
0.1624 - 0.0834z-1 1 - 0.3679z 1 0.6321z 3
U (z ) 0.1624 - 0.7743z -1 - 0.2848z -2 - 0.0021z -3 - 0.4902z -4 ......
二○一三 ～二○一四 学年第 一 学期
信息科学与工程学院
课程设计报告书
课程名称： 计算机控制与接口技术课程设计 班 级： 自动化0902 班 学 号： 200904134064 姓 名： 指导教师： 二○一二 年 十二 月
三、课题分析
在这里要求使用单片机系统实现对单相交流电炉温度闭环控制。温度控制带 有显著的滞后性，传统的控制系统不能理想地满足控制性能指标，所以采用计算 机控制技术来实现较好的控制效果。由于控制任务单一，并且需要在控制电路中 用到 A/D 转换模块，所以这里采用 STC12C2052AD 系列的增加型 51 单片机来完 成控制目标。首先需要设计硬件电路，包括 51 单片机的最小系统、温度采集电 路、模拟的输入给定电路，实时温度数值显示电路和电炉的调温电路。还需要考 虑的是单片机系统的电源供应，这里由于涉及到了交流强电系统，所以直接用 220V 的交流电实现直流稳压电源。接着实现软件部分，考虑到温度的大滞后环 节，程序中采用大林算法。为了方便程序对算法的实现，直接采用 C 语言编程而
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合肥工业大学《计算机控制技术》课程设计——电阻炉温度控制系统设计学院专业姓名学号_______ ________ _完成时间摘要：电阻炉的类型根据其热量产生的方式不同，可分为间接加热式和直接加热式两大类。
间接加热式电阻炉，就是在炉子内部有专用的电阻材料制作的加热元件，电流通过加热元件时产生热量，再通过热的传导、对流、辐射而使放置在炉中的炉料被加热。
直接加热式电阻炉，是将电源直接接在所需加热的材料上，让强大的电流直接流过所需加热的材料，使材料本身发热从而达到加热的效果。
工业电阻炉，大部分采用间接加热式，只有一小部分采用直接加热式。
由于电阻炉具有热效率高、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。
关键词：炉温控制；高效率；加热一、总体方案设计本次课程设计主要就是使用计算机以及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，从而使系统达到工艺要求的性能指标。
1、设计内容及要求电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验，电加热炉用电炉丝提供功率，使其在预定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值。
在本控制对象电阻加热炉功率为8KW，有220V交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。
2、工艺要求及要求实现的基本功能本系统中所选用的加热炉为间接加热式电阻炉，控制要求为采用一台主机控制8个同样规格的电阻炉温度；电炉额定功率为20 kW；）恒温正常工作温度为1000℃，控温精度为±1%；电阻炉温度按预定的规律变化，超调量应尽可能小，且具有良好的稳定性；具有温度、曲线自动显示和打印功能，显示精度为±1℃；具有报警、参数设定、温度曲线修改设置等功能。
3、控制系统整体设计电阻炉温度计算机控制系统主要由主机、温度检测装置、A/D转换器、执行机构及辅助电路组成。
系统中主机可以选用工业控制计算机、单片微型计算机或可编程序控制器中的一种作为控制器，再根据系统控制要求，选择一种合理的控制算法对电阻炉温度进行控制。
控制系统组成框图如图11-1所示。
采用热电偶作为测温元件，经变送器及A/D转换电路对测得的温度信号进行处理，送入主机与给定值比较，按控制算法计算后输出控制量，通过固态继电器实现对电阻炉加热功率的调节，使炉温按设定温度曲线变化。
各部分方案如下：（1）控制系统主机考虑到MCS-51系列单片机已经过长期的应用，性能比较稳定，其功能完全可以满足本系统控制要求，人们对它又比较熟悉，因此主机采用AT89C51单片机。
（2）检测装置系统选用镍铬-镍硅热电偶作为测温元件检测炉膛中的温度。
镍铬-镍硅热电偶测温范围为-200～+1200℃（分度号为k）。
它线性度较好，价格便宜，输出热电动势较大（40μA/℃），便于测量放大器的选配。
热电偶冷端温度补偿采用集成温度传感器AD590。
变送器采用两级放大，第一级选用高稳定性运放ICL7650，第二级由通用型集成运算放大器μA741构成。
（3）执行机构采用交流过零触发型固态继电器控制电路。
这种控制方式与传统的采用移相触发电路改变晶闸管导通角的双向晶闸管（SCR）控制方式相比，具有稳定、可靠、先进等优点。
（4）模/数转换器（A/D转换器）选用AD574A模/数转换器实现对温度信号的转换。
AD574A是12位逐次逼近型A/D转换器，转换时间为25μs，转换精度为0.05%。
二、数字控制器的设计理论分析和实验结果表明，电阻炉是一个具有自平衡能力的对象，可以近似为带有纯滞后的一阶惯性环节。
由被控对象实验得到的飞升曲线，确定出被控对象的纯滞后时间τ=1.2 min和被控对象的惯性时间常数TP=1.2 min。
当τ/TP ≤0.5时，可采用PID算法控制;当τ/TP> 0.5时，可采用达林算法控制，本系统τ/TTP>0.5，故采用达林算法控制。
三、硬件的设计和实现1、温度检测及功率放大电路本系统采用镍铬-镍硅热电偶检测电阻炉中的温度，热电偶测温是基于物体的热电效应，它由两种不同的金属或合金组成，其优点是结构简单，可将温度信号转换成电压信号，测温范围广、精度高，可实现远距离测量和传送，使用稳定、可靠，因此被广泛应用。
其不足之处是测温精度受冷端温度（即环境温度）的影响，为了提高热电偶测温精度，需要在热电偶冷端进行温度补偿。
温度检测电路及功率放大电路如图所示。
热电偶冷端温度补偿采用的是集成温度传感器AD590，流过AD590的电流Iu=273μA+ T0×1μA/℃，式中，T0为室温。
负载电阻R3上输出电压UOUT= Iu R3，选择电阻R3使UOUT在AD590允许输入电压范围内。
本系统选择R3=10 kΩ。
这种测量方法冷端温度准确，克服了常规方法补偿误差大和不方便的缺点。
热电偶传感器输出的电压信号较为微弱（只有几毫伏到几十毫伏），因此在进行A/D转换之前必须进行信号变送，由高放大倍数的电路将它放大到A/D转换器通常所要求的电压范围，热电偶的输出热电势为0～56 mV。
本系统前级选用自稳态高精度斩波运放 ICL7650，输入信号为差动信号，放大倍数为15倍。
后级运放选用较廉价的μA741，放大倍数可调，最大可达100倍，主要完成反相功能。
ICL7650输入端的钳位二极管起保护作用，避免输入线路发生故障时的瞬态尖峰干扰损坏运放，输入电压可直接送入AD574A进行转换。
2、AD574A模/数转换电路如下图所示，AD574A工作在12位状态，转换值分两次输出，高8位从DB4～DB11输出，低4位从DB0～DB3输出，并直接和单片机的数据线相连，AD574A的片选端接锁存器的Q7端，低电平有效;CE为片选使能端，高电平有效;CS 和CE共同用于片选控制，只有当两个信号同时有效时，才能选中本芯片工作。
A0端接锁存器74LS373的Q1端。
A0=0时启动A/D转换。
R/接锁存器74LS373的Q0端。
R/=0时，启动A/D 转换;R/=1时，允许读出转换后的数据。
AT89C51的和经“与非”门74LS00与AD574A 的CE 端相接。
12/8接地表示AT89C51要分两次从AD574A 读出A/D 转换的12位数字量。
3、执行机构传统的SSR 控制采用移相触发电路，通过改变晶闸管导通角的大小来调节输出功率，从而达到自动控温的目的。
这种移相方式输出一种非正弦波，实践表明这种控制方式产生相当大的中频干扰，并通过电网传输给电力系统造成“公害”。
本系统采用单片机控制的固态继电器控温电路，其波形为完整的正弦波，对电阻炉这样的惯性较大的被控对象，是一种稳定、可靠、较合理的控制方法。
调功原理为:设电网连续 N 个完整的周波为一个控制周期T C ，则 T C = 式中，f 为电网频率。
若在设定的控制周期T C 内控制主回路导通 n （n≤N）个完整的周波，则负载功率为P= 式中，U 为电网电压有效值; 为负载的有效电阻。
因此，控制在设定周期T C 内主回路导通的周波数 n 的个数，就可调节负载的功率P 。
采用交流过零型固态继电器控温时需交流过零检测电路，此电路输出对应于50 Hz 交流电压过零时刻的脉冲，在交流电压过零时刻导通。
如图11-4所示是一种由两个光电耦合器和一个单稳态电路组成的交流过零检测电路。
2S U n R N Nf其中，GD1、GD2为光电耦合器，具有检零和隔离功能，R10为限流电阻。
在交流正半周，GD1导通，GD2截止，VA为低电平;在交流负半周，GD1截止，GD2导通，VA仍为低电平。
只有在交流过零点时，GD1和GD2均截止，VA为高电平。
VA再经过74LS123单稳态电路整形，得到一过零脉冲序列VB，VB波形如图11-5所示。
VB脉冲序列再与单片机P1.X输出的触发脉冲信号进行“与非”运算后得到控制信号。
用它来控制固态继电器，从而调节电阻炉温度。
交流过零检测电路4、报警电路设计：正常运行时绿灯亮，在保温阶段炉内温度超出系统允差范围，就要进行报警。
报警时报警红灯亮，电笛响，同时发送中断信号至CPU进行处理。
如图2-3图2-3加热炉报警系统图5、设计输入输出通道输入通道：因为所控的实际温度在50 ～ 350℃，即（350－50）＝300所以选用8位A/D转换器，其分辨率约为1.5℃/字，再加放大器偏置措施实现。
（通过调整放大器的零点来实现偏置）这里采用一般中速芯片ADC0809。
ADC0809是带有8位A/D转换器，8路多路开关以及微型计算机兼容的控制逻辑的CMOS组件，其转换方法为逐次逼近型。
8路的模拟开关由地址锁存器和译码器控制，可以在8个通道中任意访问一个通道的模拟信号。
这种器件无需进行零位和满量程调整。
由于多路开关的地址输入部分能够进行锁存和译码，而且其三态TTL输出也可以锁存，所以它易于与微型计算机接口。
其具有较高的转换速度和精度，受温度影响较小，能较长时间保证精度，重现性好，功耗较低，故用于过程控制是比较理想的器件。
图2-4ADC0809应用接线图输出通道：据其实际情况，D/A转换器的位数可低于A/D转换器的位数，因为一般控制系统对输出通道分辨率的要求比输入通道的低，所以这里采用常用的DAC0832芯片DAC0832是8位D/A转换器，与微处理器完全兼容。
期间采用先进的CMOS工艺，因此功耗低，输出漏电流误差较小。
它的内部具有两级输入数据缓冲器和一个R-2RT型电阻网络，因DAC0832电流输出型D/A转换芯片，为了取得电压输出，需在电流输出端接运算放大器，Rf为为运算放大器的反馈电阻端。
双极性电压输出的D/A转换电路通常采用偏移二进制码、补码二进制码和符号一数值编码。
只要在单极性电压输出的基础上再加一级电压放大器，并配以相关电阻网络就可以构成双极性电压输出。
在上图中，运算放大器A2的作用是把运算放大器A1的单向输出电压转变为双向输出。
三、数字控制器的设计1、控制算法：电阻加热炉温度控制系统框图：.大林算法的设计目标是设计一个合适的数字控制器，使整个闭环系统的传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节，即：通常认为对象与一个零阶保持器相串联。
四、软件设计1、系统程序流程图系统主程序框图 A/D转换子程序流程图c、LED显示流程图d、报警程序流程图e、数字控制算法子程序流程图2、程序清单ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HAJMP KEYSORG 000BHAJMP PIT0ORG 001BHAJMP PIT1 ；中断入口及优先级MAIN： MOV SP，#00HCLR 5FH ：清上下限越限标志MOV A，#00HMOV R7，#09HMOV R0，#28HLP1：MOV @R0，AINC R0DJNZ R7，LP1MOV R7，#06HMOV R0，#39HLP2：MOV @R0，AINC R0DJNZ R7，LP2MOV R7，#06HMOV RO，#50HLP3：MOV @R0，AINC R0DINZ R7，LP3 ；清显示缓冲区MOV 33H，#00HMOV 34H，#00H ；赋KP高低字节MOV 35H，#00HMOV 36H，#00H ；赋KI高低字节MOV 37H，#00HMOV 38H，#00H ；赋KD高低字节MOV 42H，#00HMOV 43H，#00H ；赋K高低字节MOV TMOD，#56H ；T0方式2，T1方式1计数MOV TLO，#06HMOV THO，#06HMOV 25H，#163H ；设定值默认值350SETB TR0 ；键盘高优先级SETB ET0SETB EX0SETB EA ；开键盘T0。