计算机控制技术课程设计-电阻炉温度控制系统设计
电阻炉微型计算机温度控制系统的设计
式中： 为系统控制量， 为第i-1次偏差，T为采样周期， 为积分时间，k为比例系数， 为系统基准控制量。当偏差绝对值大于这一预定门限时，舍去积分项的运算。
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系统主程序初始化时，允许INT0中断，并设置为边沿触发方式，ADC0809 EOC为中断请求信号口，中断服务程序把“转换结束”标志置位时，采用查询的方式，根据ADC0809的D0~D7的信息分别进行处理和存放。程序的每次循环，只读入一组数据。为了削弱干扰和纯滞后带来的影响，程序采用纯滞后补偿的方法，即SMITH预估控制，对读入信号进行平滑加工。显示更新程序把滤波后的温度从单片机的P0输送到显示接口电路。
结构图如图3-1所示：
图3-1电阻炉控制系统总体结构设计图
4.1
温度信号输入通道的原理图如图4-1所示。电路主要由温度传感器、运算放大器和模/数(A/D)转换器三部分组成。本方案比采用温度变送器的方案结构简单，体积小，价格低。
图4-1 温度输入信号通道
4.1.1
温度传感器采用美国DALLAS公司生产的集成化半导体传感器DS18B20。集成化传感器是新型器件，它比直接用一个PN结作传感器灵敏度高，线性好，使用方便。
图4-1中 是一种多圈式精密电位器，用作起点补偿电压调整，其输出电压等于起点温度时的信号电压，本系统起点温度为室温（大约27℃）。
电阻炉炉温计算机控制
电阻加热炉温度控制系统设计 引言在工农业生产或科学实验中，温度是极为普遍又极为重要的热工参数之一．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。
因此，在工农业生产或科学试验中常常对温度不仅要不断地测量，而且还进行控制．电阻炉炉温的控制.根据工艺的要求不同而有所变化.一.设计说明书1.设计的初步分析 1.1设计要求对象模型：1)(+=-s T e K s G d sd τ，T d =350s ，K d =50，τ=10s电阻加热炉功率800w ，220v 交流供电。
控温范围：50℃～350℃；保温阶段控制精度：±1℃。
1.2炉温变化过程大体上可归纳为以下几个过程：(1)自由升温段，即根据电阻炉自身条件对升温速度没有控制的自然升温过程。
(2)恒速升温段，即要求炉温上升的速度按某一斜率进行。
(3)保温段，即要求在这一过程中炉温基本保持不变。
(4)慢速降温段，即要求炉温下降的速度按某一斜率进行。
(5)自由降温段。
而每一段都有时间的要求，如图1所示。
图1 炉温变化过程1.3炉温控制要求要求电阻炉炉内的温度，应按图2所示的规律变化。
图2 炉温控制要求从室温T 0开始到a 点为自由升温段，当温度一旦到达a 点(即他t 0点)，就进入系统调节。
从b 点到c 点为保温段，要始终在系统控制之下，以保证所需的炉内温度的精度．加工结束，即由c 点到d 点为自然降温段．炉温变化曲线对各项品质指标的要求如下：● 过渡过程时间：即从升温开始到进入保温段的时间t 1≤15s ．● 超调量：即升温过程的温度最大值(T M )与保温值(T k )之差与保温值之比 kk10%T M T T σ-=≤ ● 静态误差：即当温度进入保温段后的实际温度值(T)与保温值(T k )之差与保温值之比。
电阻炉温度控制系统设计
计算机课程设计名称：电阻炉温度控制系统课程设计任务书1 引言1.1课题背景自从发现电流的热效应(即楞茨-焦耳定律)以后，电热法首先用于家用电器，后来又用于实验室小电炉。
随着镍铬合金的发明，到20世纪20年代，电阻炉已在工业上得到广泛应用。
电阻炉是利用电流使炉内电热元件或加热介质发热，从而对工件或物料加热的工业炉。
工业上用的电阻炉一般由电热元件、砌体、金属壳体、炉门、炉用机械和电气控制系统等组成。
1.2控制对象电阻炉在化工、冶金等行业应用广泛，电阻炉中最重要的被控量就是温度。
因此温度控制在工业生产和科学研究中具有重要意义。
1.3功能及技术要求为了保证生产过程正常安全的进行，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，对温度不仅要不断地测量，而且还进行控制。
对温度的控制要求是先进、可靠、经济、安全，能满足热处理工艺的要求，并保证工艺的稳定和再现性，节省能源，保护环境，改善劳动环境，降低生产成本，提高机械化和自动化水平。
2 总体方案设计2.1方案设计根据设计任务的要求，采用80C51单片机系统组成的数字控制器代替常规模拟调节器。
整个系统在规定的采样时刻经过A/D 转换采集由温度传感器ADC0809反馈回来的温度反馈测量值，并和给定值进行比较，将经过控制运算后的控制量输出给执行元件控制电阻丝的加热过程。
这样的系统属于直接数字控制（Direct Digital Control ，DDC ）系统。
直接数字控制系统中的80C51单片机取代了多个模拟调节器，在不更换硬件的情况下，只要改变程序或调用不同子程序，就可实现各种复杂的控制规律。
此外，系统还应实现人机接口功能。
2.2 系统组成框图及工作原理系统的组成框图如图（2.1）所示。
整个系统由四部分组成，即：80C51单片机系统；温度检测通道；输出控制通道及报警显示系统。
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。
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。
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转换目录摘要 (1)电阻炉温度控制系统 (2)方案的比较和确定 (4)控制算法 (4)系统软硬件设计 (7)基MATLAB仿真被控对象 (15)心得体会 (16)参考文献 (17)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）及显示。
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，否则会使干扰无法及时消除，使调节品质下降。
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。
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）。
电阻炉微型计算机温度控制系统的设计
课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：自动化学院题目: 电阻炉微型计算机温度控制系统的设计初始条件：设计一个电阻炉微型计算机温度控制系统，系统为一阶惯性纯滞后特性，温度控制要求为100℃，温度控制精度为 1℃；通过LED 显示温度；要求完成的主要任务:1．输入通道及输出通道设计（温度传感器，A/D转换，PWM输出控制和温度调节驱动电路）；2．键盘(温度设置)与LED（温度显示）接口设计；3．采用SMITH预估控制算法；4．系统软件流程及各程序模块设计；5．完成符合要求的设计说明书时间安排：2011年6月20日~2010年6月30日指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录1 控制对象及其控制性能要求 (3)2 系统控制方案的比较 (3)3 微机控制系统总体设计 (4)4.1 温度信号输入通道 (4)4.1.1 温度传感器 (5)4.1.2 运算放大器 (6)4.1.3 A/D转换器 (6)4.2 执行信号输出通道 (7)4.3 LED显示模块 (8)4.4 系统控制器电路设计 (9)5 Smith预估控制算法 (10)6 系统软件设计 (11)小结 (13)参考文献 (14)附录 (15)附录一 (15)附录二 (22)附录三 (23)电阻炉微型计算机温度控制系统的设计摘要单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。
目前，一个学习与应用单片机的高潮在全社会大规模地兴起。
学习单片机的最有效方法就是理论与实践并重，本文用89C51单片机自制了一个温度控制系统，重点介绍了该系统的硬件结构，即输入通道及输出通道、LED 接口显示与主控制器的设计及编程方法。
关键词：单片机、温度传感器、模/数转换器、输入输出通道1 控制对象及其控制性能要求本系统电阻炉进行微型计算机控制，系统为一阶惯性纯滞后特性动态特性()1s Ke G s Ts τ-=+，温度控制在100℃，温度控制精度为1℃，电阻炉的温度通过LED 数码管显示。
【精品】计算机控制技术课程设计温度控制系统设计
课程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 p、T i、T d、T及β的值；3）通过数据分析T i改变时对系统超调量的影响.4）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。
电阻炉炉温自动控制系统
目录1概述： (2)1.1设计目的 (2)1.2设计内容、步骤及要点 (2)2详细设计说明 (3)2.1硬件设计与调试 (3)3对该系统的进一步设想 (9)3.1定时加热 (9)3.2远程控制 (9)3.3不同时间设置不同温度 (9)4课程设计总结 (10)5软件使用说明 (10)6附录（参考文献，原代码：） (10)参考文献： (10)原代码: (10)1 概述：1.1设计目的本课程的实训实际上是学生学习完《微机控制系统原理与应用》课程后，进行的一次全面的综合训练，其目的在于加深对计算机控制技术理论知识的理解和对这些理论的实际应用能力，提高对实际问题的分析和解决能力，以达到理论学习的目的，并培养学生应用计算机辅助设计和撰写设计说明书的能力。
1.2设计内容、步骤及要点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. 课程设计内容：（1）设计内容及要求电加热炉用电炉丝提供功率，使其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（或电水壶）功率为1KW，有220V交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。
（2）工艺要求按照规定的曲线进行升温和降温，温度控制范围为0—75℃，升温和降温阶段的温度控制精度为+1℃，保温阶段温度控制精度为+1℃。
（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。
模拟手动操作：当系统发生异常，投入手动控制。
微机监控功能：显示当前被控量的设定值、实际值，控制量的输出值，参数报警时有灯光报警。
本课程设计包含两大部分内容：设计报告和设计软硬件。
其中设计软硬件在题目验收时由指导教师检查，设计报告作为书面材料提交。
设计报告的主要内容有：A、硬件设计模拟量输入通道：单端对地输入；输入电压信号量程为0～5VDC；输出码制为单极性二进制码。
模拟量输出通道：采用电流输出方式。
选择主电路器件并设计主电路。
温度传感器的选择与安装。
B、软件设计设计数据采集程序；数据滤波程序；标度变换程序；控制计算程序（PID控制）；控制输出程序（限幅输出）；要求有参数（给定值、采样周期、PID参数）设定和修改功能；实时显示控制回路的给定值、测量参数、控制量。
电阻炉温度控制系统设计
Alpha
第1章 绪论
1.
通过本次实训使学生将课本中所学的专业知识应用于设计实践，以巩固课堂学的专业知识，为今后的毕业设计打下良好的基础。
This time we design theme design is a design based on the temperature control system of resistance furnace computer control system algorithm, required through the MCU control of resistance furnace temperature, through the keyboard input LED display numerical control the temperature exceeds the set temperature, the time can send out the alarm, and because the use of direct digital control algorithm, the error is small, better stability.
由数据采集、信号放大、模数转换等模块构成。设计是通过温度传感器将温度信号转变为电流（电压）信号，我们知道经温度变化引起电流（电压）信号的改变是非常小的，此时如果被模数转换器采集的话效果不是很明显的，因此我们将其通过一个信号放大模块进行放大。再通过模数转换器后送入单片机AT89C51，而单片机通过PID算法控制电炉加热，使数码管显示实时温度，实现温度的精度控制。
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
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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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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，使其在预定的时间将炉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允许输入电压围。
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 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 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N 2S U n R N Nf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。
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，在保温阶段炉温度超出系统允差围，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 R7，#09HMOV R0，#28HLP1：MOV R0，AINC R0DJNZ R7，LP1MOV R7，#06HMOV R0，#39HLP2：MOV R0，AINC R0DJNZ R7，LP2MOV R7，#06HMOV R O，#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 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。