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炉温控制系统解析
1.1课题背景及研究意义…………………………………………………….………3
随着工业技术的不断发展，传统的控制方式以不能满足高精度，高速度的控制要求，如温度控制表温度接触器，其主要缺点是温度波动范围大，由于他主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的目的，受仪表本身误差和交流接触器的寿命限制，通断频率很低。近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式，如：PID控制，模糊控制，神经网络及遗传算法控制等。这些控制技术大大的提高了控制精度，不但使控制变得简便，而且使产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生产效率。
结束语…………………………………………………………………………………....….35
致谢………………………………………………………………………………………….36
参考文献……………………………………………………………………….…………...37
附录1电路图……………………………………………………………………………..38
The design of temperature control system of the resi chip microcomputer
Abstract:Mainly with 51 series single chip microcomputer for the unit of nucleus heats to the control of The resistance furnace,the tallest temperature is 1000℃.And the temperature of keyboard input is constant,LEDdigitron displays the function of temperature point.
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。
基于单片机的电阻炉炉温控制系统
目录第1章引言 (3)1.1 课题背景及研究意义 (3)1.2 计算机在热处理炉炉温控制中的应用 (3)第2章系统硬件设计 (8)2.1温度检测及变送器 (8)2.2控制机构 (9)2.3 A/D转换电路 (10)2.4 温度控制电路 (14)2.5 部分接口电路 (16)第3章温度控制的算法和程序 (18)3.1 温度控制的算法 (18)3.2 温度控制的程序 (20)第4章对于抗干扰的探究 (34)4.1 抗干扰的措施 (34)结束语 (35)致谢 (36)参考文献 (37)附录1 电路图 (38)附录2 英文专业文摘及翻译 (39)基于单片机的电阻炉温度控制系统设计摘要：主要以51系列单片机为核心对电阻炉炉温进行控制，使其温度稳定在某一个值上。
最高温度为1000℃,并且有键盘输入给定温度值,由LED数码管显示温度值的功能.关键词:单片机;电阻炉;温度控制The design of temperature control system of the resistance furnace based on single chip microcomputerAbstract: Mainly with 51 series single chip microcomputer for the unit of nucleus heats to the control of The resistance furnace, the tallest temperature is 1000℃. And the temperature of keyboard input is constant, LED digitron displays the function of temperature point.Key words: single chip microcomputer;the resistance furnace; temperature control system第一章引言1.1课题背景及研究意义近几年来，在我国以信息化带动的工业化正在蓬勃发展，温度已成为工业对象控制中一种重要的参数，特别是在冶金、化工、机械等各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。
基于单片机的电阻炉温度控制系统
基于单片机的电阻炉温度控制系统基于单片机的电阻炉温度控制系统是一种应用于工业领域的温度控制系统，它能够实时监测电阻炉的温度，并根据设定的温度范围进行自动控制，以保持电阻炉的温度稳定在设定值附近。
本文将详细介绍该系统的设计原理、硬件设计和软件设计等方面。
1.设计原理电阻炉温度控制系统的基本原理是通过采集电阻炉的温度信号，然后与设定温度进行比较，最后通过控制电阻炉的加热元件来实现温度的控制。
系统的主要部件包括温度传感器、模拟信号处理电路、ADC转换模块、单片机、继电器等。
2.硬件设计硬件设计主要包括电路原理图设计和PCB设计，其中电路原理图设计包括电源部分、传感器接口部分、显示部分、通信接口部分和控制部分。
PCB设计是将电路原理图转化为PCB布局和制作过程。
3.软件设计软件设计是整个系统的核心部分，它主要包括单片机程序设计和人机界面设计。
单片机程序设计主要包括温度采集、温度比较、控制算法和输出控制等功能代码的编写。
人机界面设计是通过LCD显示屏、按键和喇叭等组件来与用户进行交互，包括温度设定、温度显示和报警等功能。
4.系统调试和优化系统调试是在硬件和软件设计完成后进行的一系列测试和优化工作，包括电路板的组装和连接、功能的测试和调试等。
对于系统的稳定性和准确性进行优化和改善，如增加滤波电路来提高温度信号的稳定性、使用PID控制算法来提高温度控制的精度等。
5.系统应用该系统可以广泛应用于电子厂、化工厂、冶金厂等工业领域，用于实现电阻炉的精确温度控制。
通过控制电阻炉的温度，可以保证产品质量和生产效率，避免过热或过冷对生产过程的影响。
总结：基于单片机的电阻炉温度控制系统是一种应用广泛的温度控制系统，通过实时监测电阻炉的温度，并根据设定的温度范围进行自动控制，可以稳定地保持电阻炉的温度在设定值附近。
该系统的设计原理、硬件设计和软件设计都有较为详细的介绍和说明，为实现电阻炉的精确温度控制提供了可行的方案。
如有兴趣，欢迎了解。
毕业设计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摘要电阻炉作为工业炉窑中的一种常用加热设备被广泛应用于工业生产中。
对电阻炉温度控制精确与否将直接影响到产品的质量和生产效率。
电阻炉是一种具有纯滞后的大惯性系统，开关炉门、加热材料、环境温度以及电网电压等都影响控制过程，传统的电阻炉控制系统大多建立在一定的模型基础上，难以保证加热工艺要求。
本文将PID控制算法引入到传统的电阻炉控制系统中，借此提高其控制效果。
设计一个控制精度高、运行稳定的电阻炉温度控制系统是很有必要的。
本设计是以电阻炉为被控对象，单片机为核心设计的一种控制系统。
其中以K型热电偶作为温度传感器，STC89C52单片机为控制核心，PID运算规律作为控制算法。
文中详细介绍了该控制系统的硬件电路设计、软件设计及PID控制算法。
在对电阻炉温度控制系统的研究之后，本设计主要完成温度控制系统的总体方案设计、硬件原理图的绘制、信号调理电路的设计、固态继电器的应用及温度控制电路的设计同时也完成了系统程序设计，并通过软件完成了对温度的控制功能。
关键词：电阻炉；温度控制；PID算法；单片机The design of resistor furnace temperature control systembased on singlechipAbstractResistance furnace was widely used in industrial production, the effect of the temperature control of Resistance furnace has a direct impact on product quality and productivity.Therefore, the design of a high-precision control and stable operation of the resistance furnace temperature control system has a high application value.In this design , the resistance furnace as a controlled object, singlechip as the design of a control unit.Which type of thermocouple temperature sensor as K, STC89C51 microcontroller as control core and PID control algorithm for operation rule. This paper introduces the control system of the hardware circuit design, software design and the PID control algorithm.On the resistance furnace temperature control system, the design of the main completed the overall scheme of the temperature control system design, hardware circuit principle diagram, the signal of circuit, the application of solid state relays and temperature control circuit design of the system，meanwhile finish the program design, through the software control to complete the function of temperature control.Key words: resistance furnace; temperature control; PID control;single-chip microcomputer目录摘要 (I)Abstract (II)目录 ...................................................................................................................................... I II 第一章绪论 (1)1.1课题研究的背景及意义 (1)1.2国内外研究概况及发展趋势 (2)1.3智能温度控制技术的发展 (2)1.3.1 PID控制 (2)1.3.2 模糊控制 (4)1.3.3 模糊自整定PID控制 (5)1.3.4 神经网络控制系统 (5)1.3.5 专家控制系统 (6)第二章电阻炉温度控制系统总体方案设计 (8)2.1基于虚拟仪器的电阻炉温度控制 (8)2.2基于PLC的电阻炉温度控制 (8)2.3单片机与FPGA综合实现电阻炉的温度控制 (9)2.4基于单片机的电阻炉温度控制系统 (10)第三章硬件电路设计 (12)3.1温度检测电路 (12)3.1.1 温度传感器 (12)3.1.2 冷端温度补偿 (13)3.2 放大电路 (13)3.3 ADC0832简介 (15)3.3.1ADC0832引脚如图 (15)3.3.2单片机对ADC0832 的控制原理 (16)3.4 STC89C52单片机 (18)3.4.1单片机简介 (18)3.4.2管脚说明 (19)3.4.3单片机的复位电路 (21)3.4.4单片机的晶振电路 (22)3.5人机接口电路 (22)3.5.1 LCD液晶显示 (22)3.5.2 键盘 (26)3.6温度控制电路固态继电器及应用 (27)3.7报警电路 (29)第四章软件设计 (30)4.1主程序设计 (30)4.2 子程序设计 (31)4.2.1 A/D采样子程序 (31)4.2.2线性化 (31)4.2.3标度变换 (32)4.2.4键盘子程序 (34)4.2.5显示子程序 (34)4.2.6 PID子程序 (35)4.2.7 PWM控制子程序 (38)第五章系统调试 (41)总结 (44)参考文献 (45)附录A 硬件原理图 (47)附录B 源程序 (48)致谢 (60)第一章绪论1.1课题研究的背景及意义随着社会的发展，自动控制越来越成受到人们关注,自动调节电阻炉温度系统得到了广泛的应用。
基于单片机的电阻炉温度控制系统的设计
基于单片机的电阻炉温度控制系统的设计一、本文概述Overview of this article本文主要探讨基于单片机的电阻炉温度控制系统的设计。
随着工业自动化的不断发展，电阻炉作为常见的加热设备，其温度控制精度和稳定性对生产效率和产品质量具有至关重要的影响。
传统的电阻炉温度控制方法往往存在精度低、稳定性差等问题，难以满足现代工业生产的需求。
因此，设计一种基于单片机的电阻炉温度控制系统，具有重要的实用价值和应用前景。
This article mainly explores the design of a temperature control system for a resistance furnace based on a microcontroller. With the continuous development of industrial automation, resistance furnaces, as common heating equipment, have a crucial impact on production efficiency and product quality due to their temperature control accuracy and stability. Traditional temperature control methods for resistance furnaces often have problems such as low accuracy and poor stability, making it difficult to meet the needs of modernindustrial production. Therefore, designing a temperature control system for a resistance furnace based on a microcontroller has important practical value and application prospects.本文将首先介绍电阻炉温度控制系统的基本原理和要求，包括温度控制的重要性、温度控制方法的分类和特点等。
毕业设计---基于单片机的电阻炉温度控制系统
摘要随着社会的发展，自动控制越来越成为人们关注的焦点,自动调节电阻炉温度系统也备受关注--。
其中微机及其应用已经成为高、新科学技术的重要内容和标志之一，它在国民经济的各个领域正在发挥着引人注目的作用。
微机控制的电阻炉温度控制系统实际上就是一个智能控制系统，是一种能耗相对来说比较低的温度控制系统。
本人采用AT89C51单片微机对电阻炉的加热过程进行控制。
使用热电偶作为温度传感器把热信号转变成电信号，电信号再经过放大，经过模数转换再输入到CPU。
控制器采用PID控制算法，温度控制的原理是通过调整晶闸管的导通时间来调节加热主回路的有效电压,从而达到温度控制的目的。
系统由AT89C51单片微机、温度传感器、A/D转换器、键盘及显示电路、晶闸管触发电路等组成的控制器和被控对象电阻炉构成一个闭环控制系统［1］。
系统控制程序采用模块化设计结构，主要包括主程序、中断服务子程序、控制算法子程序等。
系统采用过零触发等技术，省去了传统的D/A转换元件，简化了电路，并且提高了系统的可靠性。
同时，系统可以实时控制电阻炉的实际温度。
关键词：AT89C51；热电偶；晶闸管； PIDABSTRACTWith the development of the society，the autocontrol becomes more and more important.The autocontrol of the resistance furnace is highly anticipated.Microcomputer and its application has become one of the most important contents and signs in the field of High-scientific technology and new scientific technology, which plays an attractive role in every field in our national economy.As a matter of fact, Resistance Temperature Control System which is operated by microcomputer is an Intellectual Control System.In other words，it is a Temperature Control System which consumes less than others.The AT89C51 single microcomputer is adopted to control the heating process of resistance，use as a temperature transducer to turn the heating single into electing single，enlarge the electrical single，transformed through simulate numbers，then input CPU.Controllers use PID control calculation.The principle of temperature control is to adjust and heat the effective voltage of the main circuit through regulate the diversified time of transistor，therefore，it carries out the purpose of controlling the temperature.System as controlled resistance makes up an cycle control system.Control procedure of system adopts the structure of designing module，including main procedure，subsiding of suspending serves and subsidiary of control calculation etc.System adopt A.C、passes through zero etc technologies，omit traditional D/A transform components，simplify the circuit，and improve the dependability of system.Meanwhile，system also can control the real temperature of resistance at the right moment.Keywords：AT89C51；thermocouple；thyristor；PIDII目录第一章绪论 (1)1.1课题研究的背景及意义 ............................................................. - 1 -1.2 国内外研究现状 ........................................................................ - 2 -1.3 本文的主要内容 ........................................................................ - 3 - 第二章电阻炉温度控制系统总体设计方案 .......................................... - 4 -2.1系统原理 ..................................................................................... - 4 -2.2方案比较 ..................................................................................... - 6 -2.3系统方案的论证 (6)第三章系统硬件设计 (8)3.1 温度检测电路 (8)3.1.1 热电偶冷端温度补偿 (9)3.1.2 测量放大电路 (9)3.1.3 保护电路 (10)3.2 单片机的选型 .......................................................................... - 10 -3.3 EEPROM存储器的扩展设计 ..................................................... - 11 -3.4 A/D转换电路设计 (13)3.4.1隔离放大器的设计 ....................................................... - 14 -3.4.2 DAC7521数模转换接口 ............................................... - 16 -3.5 键盘及显示电路设计 (16)3.5.1 键盘接口电路设计 (16)3.5.2 显示电路设计 .............................................................. - 18 -3.6 可控硅调功控温 ...................................................................... - 18 -3.6.1 过零触发调功器的组成 .............................................. - 19 -3.6.2 可控硅调功主要电路介绍 .......................................... - 19 -3.7 与上位机通信模块 .................................................................. - 21 -3.7.1 通信接口MAX485 ......................................................... - 21 -Ⅲ3.7.2 下位机通信接口电路 .................................................. - 22 -3.8 掉电检测与保护电路 .............................................................. - 23 -3.9 晶闸管过零检测与触发电路…………………………………….23-24 -3.10 看门狗电路的设计 (24)第四章控制算法研究 (27)4.1 传统的PID算法 ...................................................................... - 28 -4.2 积分分离PID算法 .................................................................. - 29 -4.3 系统仿真分析 .......................................................................... - 30 - 第五章系统软件设计 (31)5.1 系统主程序设计 ...................................................................... - 32 -5.2 系统的控制程序 (33)5.3 积分分离PID控制 (34)5.4 采样子程序 .......................................................................... - 36 -35 结论 .......................................................................................................... - 38 - 致谢 (38)参考文献 .................................................................................................. - 40 - 附录 (40)Ⅲ第一章绪论热处理是提高金属材料及其制品质量的重要手段。
基于单片机的电阻炉温度控制系统
基于单片机的电阻炉温度控制系统1 引言PID控制是应用最广泛的基本控制方式。
但PID参数的整定一般根据经验丰富的工程技术人员的实际经验来完成，精确性很差，而且实际系统的是各不相同的，滞后以及非线性等因素，使PID参数的整定难以准确实现，许多PID 控制器因此不能很好的工作，导致系统无法工作在令人满意的状态，为此提出了自整定PID控制器。
模糊控制是一种基于语言规则与模糊推理的智能控制，它模仿人类带有模糊性的控制行为，将操作人员自然语言式经验总结成控制规则，并基于这些规则，进行模糊推理等过程，生成控制量。
但是模糊控制对输入变量的处理是离散的，且没有积分环节，控制精度不如PID控制，而将模糊控制与常规PID控制相结合，利用模糊推理判断思想，根据不同的e和ec对PID的参数KP、KI、KD 进行在线自整定，就可以兼顾两者优点，这就是基于模糊推理的自整定PID控制器。
2 模糊自整定PID控制器的硬件结构模糊自整定PID控制器硬件电路原理框图如图1所示:图1 控制器系统硬件电路原理框图图1中AT89C52为主控制器件，AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能COMS 8位单片机，片内含有8K bytes的可反复檫写的只读程序存储器(PEROM)和256bytes的随机存取器(RAM)。
本系统扩展64K的数据存储器RAM6264，选用并行接口电路8155A芯片扩展键显，A/D转换器0809以及MAX232实现RS-232C标准接口通信电路，同时为了防止程序跑飞，加设了看门狗电路。
本系统的主要工作过程是单片机定时采集从温度传感器传来的电压信号，经过数据处理，显示温度值并将温度值送入上位机，单片机对计算值进行模糊推理，得出控制值，由单片机向执行机构发送控制信号。
3 模糊自整定PID控制原理模糊自整定PID是在常规PID算法的基础上，通过计算当前系统偏差e和偏差变化率ec，利用模糊规则进行模糊推理，进行在线自整定参数KP、KI、KD，其结构如图2所示:图2 自整定PID控制器系统框图选择偏差的绝对值及偏差变化绝对值的语言变量和作为输入语言变量，由于考虑到本系统的控制精度，选择和的模糊集为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}。
基于单片机的电阻炉温度控制系统的设计
硕士学位论文
基于单片机的电阻炉温度控制系统的设计
丁敏
导师姓名职称
巨永锋 教授
申请学位级别 工 学 硕 士 学科专业名称 交通信息工程及控制
论文提交日期 2011 年11 月2 日 论文答辩日期 2011 年 12 月25 日
学位授予单位
长安大学
答辩委员会主席
最后对系统进行调试及仿真，结果表明该系统运行稳定、控制效果好、性价比高， 具有良好的应用前景。
关键词：电阻炉，温度控制，单片机，自适应控制
i
Abstract
Resistance furnace is applied extensively in industry production ． The control result of temperature control system will directly affect quality of products and efficiency of production so the exact precision is demanded．At present conventional PID control method is used usually by most domestic resistance furnace in industries．The temperature control for resistance furnace has many characteristics such as non—linearity, big inertia, great lag．It is difficult to establish its accurate mathematic model so we can't obtain the satisfied result using the conventional PID control method．Therefore，it is very valuable to design the temperature control system which has exact precision and steady operation．
基于单片机的电阻炉温度控制系统设计(新的)
基于单片机的电阻炉温度控制系统设计、概述电阻炉在化工、冶金等行业应用广泛，因此温度控制在工业生产和科学研究中具有重要意义。
其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，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。
采用单片机进行炉温控制，具有电路设计简单、精度高、控制效果好等优点，对提高生产效率、促进科技进步等方面具有重要的现实意义。
此次课程设计温度控制系统的主要技术指标有：温控范围：300℃～1000℃；恒温时间：0～24小时；控制精度：±1℃；超调量<1%。
1整体设计及系统原理本系统由单片机AT89C51、温度检测电路、键盘显示、显示电路、温度控制电路等部分组成。
系统中采用了新型元件，功能强、精度高、硬件电路简单。
其硬件原理图如图1所示。
在系统中，利用热电偶测得电阻炉实际温度并转换成毫伏级电压信号。
该电压信号经过温度检测电路转换成与炉温相对应的数字信号进入单片机，单片机进行数据处理后，通过液晶显示器显示温度，同时将温度与设定温度比较，根据设定计算出控制量，根据控制量通过控制继电器的导通和关闭从而控制电阻丝的导通时间，以实现对炉温的控制。
图1 硬件原理图程序流程图在系统软件中，主程序完成系统初始化和电炉丝的导通和关断；炉温测定、键盘输入、时间确定和显示、控制算法等都由子程序来完成；中断服务程序实现定时测温和读取时间。
流程图如图2所示。
图2 总体流程图2硬件设计2.1温度检测电路本系统采用的K型（镍铬－镍硅）热电偶，其可测量1312℃以内的温度，其线性度较好，而且价格便宜。
K型热电偶的输出是毫伏级电压信号，最终要将其转换成数字信号与CPU通信。
传统的温度检测电路采用“传感器－滤波器－放大器－冷端补偿－线性化处理－A/D转换”模式，转换环节多、电路复杂、精度低。
在本系统中，采用的是高精度的集成芯片MAX6675来完成“热电偶电势－温度”的转换，不需外围电路、I/O接线简单、精度高、成本低。
基于51单片机的电阻炉温度测量与控制系统设计
（2010届）本科生毕业设计（论文）资料学院、系：电气与信息工程学院专业：信息工程学生姓名：栗方涛班级：061 学号06410400108 指导教师姓名：何静职称教授最终评定成绩湖南工业大学教务处2010届本科毕业设计（论文）资料第一部分设计说明书（2010届）本科生毕业设计（论文）基于51单片机的电阻炉温度测量与控制系统设计学院、系：电气与信息工程学院专业：信息工程学生姓名：栗方涛班级：061 学号06410400108指导教师姓名：何静职称教授最终评定成绩2010 年6月摘要随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度测量与控制系统的设计与研究有十分重要的意义。
本次设计的目的在于学习与了解嵌入式系统开发的基本流程。
用单片机作为数据处理与控制单元，为了进行数据处理，单片机控制数字温度传感器，把温度信号通过单总线从数字温度传感器传递到单片机上。
单片机数据处理之后，发出控制信息改变报警和控制执行模块的状态，同时将当前温度信息发送到LCD进行显示。
本系统可以实现多路温度信号采集与显示，可以使用按键来设置温度限定值，通过进行温度数据的运算处理，发出控制信号达到控制蜂鸣器和继电器的目的。
关键词：单片机；信号采集；温度测量与控制系统ABSTRACTAlong with the rapid development of modern information technology, temperature measuring and control system become more and more important in industrial, agriculture and daily life.Because of its great influence on people’s life, design and research of temperature acquisition and control system has a great significance. The purpose of this design is learning and understanding the development of embedded systems. It uses MCU as data process and control unit, and uses MCU to control digital temperature sensor which transmits data to MCU through single bus. It can send a signal to change the states of alarm and implementation module, current temperature is displayed by LCD. The system achieves multi-channel temperature signal acquisition and control. Temperature limit is set by keyboard. The buzzer and relay are controlled by MCU.Key words：monocle system, Multi-channel temperature acquisition, Temperature measurement and control system目录第1章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2温度检测的意义与技术发展 (1)1.3课题内容和本人的主要工作 (2)第2章系统总体设计及方案论证 (3)2.1系统总体设计 (3)2.2单片机 (4)2.3温度采集与传感器 (5)2.4人机交互与串口通信 (6)第3章硬件设计 (8)3.1系统结构框图 (8)3.2单片机主控单元 (9)3.3温度信号采集单元 (11)3.4人机交互与串口通信单元设计 (15)3.4.1键盘输入 (15)3.4.2 液晶显示屏输出 (16)3.5电源系统设计 (17)3.6控制执行单元设计 (18)3.7总体电路原理图及印刷电路板图 (19)第4章软件设计 (20)4.1设计思路、流程图 (20)4.2温度采集子程序 (22)4.2.1 命令序列 (22)4.2.2信号方式 (23)4.3数据处理子程序 (25)4.4人机交互子程序 (27)4.4.1 显示子程序 (27)4.4.2 按键子程序 (29)4.5执行子程序 (30)结论 (32)参考文献 (33)附录........................................................ I I第1章绪论1.1 课题背景温度是工业生产中主要的被控参数之一，与之相关的各种温度控制系统广泛应用于冶金、化工、机械、食品等领域。
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
基于单片机的电阻炉温度控制系统设计
电阻炉是一种常用的加热器，可用于烘干、熔炼及烧结等工业生产领域。
然而，为确保工艺效果和安全性，电阻炉的温度控制必不可少。
本文将介绍基于单片机的电阻炉温度控制系统设计步骤。
第一步：选取合适的单片机
选择适合的单片机对于系统的稳定性和可靠性非常重要。
为了满足该需求，一般选择具有高性能和快速响应的51系列单片机。
第二步：搭建控制信号回路
控制信号回路是形成基础的电路部件，其中包括继电器、三极管、LED灯等等。
它能够实现对电阻炉内部电流从而控制温度的目的。
第三步：设计温度传感器
为了实现对电阻炉温度的模拟，温度传感器十分关键。
一般采用热电阻或热敏电阻，通过电流变化控制电阻炉内部的温度。
第四步：编写单片机程序
设计单片机程序可以实现对传感器和控制信号回路的控制和实时监测。
在编写时，需要明确目标热度和加热时间，以及对异常情况的处理。
第五步：测试系统性能
完成了单片机程序的编写，需要进行各项测试来验证其稳定性。
可通过模拟电阻炉内部温度升高、升温/降温的速率、温度波动情况等测试数据来确认系统的优化方向。
本文从选取单片机、搭建控制信号回路、设计温度传感器等角度详细介绍了基于单片机的电阻炉温度控制系统的设计步骤。
在实际应用中，应根据实际情况自行调整和完善。
基于单片机的电阻炉温度控制系统设计
计算机控制技术成绩评定表设计课题：基于单片机的电阻炉温度控制系统设计学院名称：电气工程学院专业班级：学生姓名：学号：指导教师：王黎设计地点：中原路校区2号楼421设计时间：2011.6.27～2011.7.03指导教师意见：成绩:签名：2010年1月日计算机控制技术课程设计课程设计名称：基于单片机的电阻炉温度控制系设计专业班级：学生姓名：学号：****：**设计地点：中原路校区2号楼421课程设计时间：2011.6.27～2011.7.03计算机控制技术课程设计任务书学生姓名专业班级学号题目基于单片机的电阻炉温度控制系统设计课题性质工程设计课题来源自拟课题指导教师王黎主要内容本论文以电阻炉为研究对象，开发了基于单片机的温度控制系统。
温度传感器采用了数字式温度传感器DS18B20，对温度进行实时采样并将模拟信号转换成数字信号返回给单片机。
系统可通过键盘对电阻炉水温进行预设，控制输出宽度可调的PWM方波，并由此控制双向可控硅的导通和关断来调节电热丝的加热功率，从而使水温迅速达到预设值并保持恒定不变。
任务要求第1天：熟悉课程设计任务及要求，针对课题查阅技术资料。
第2天：确定设计方案。
要求对设计方案进行分析、比较、论证，画出方框图，并简述工作原理。
第3-4天：按照确定的方案设计单元电路。
要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。
第5天：撰写课程设计报告。
要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅不少于5000字。
主要参考资料[1]朱玉玺，崔如春，邝小磊，计算机控制技术电子工业出版社，2005[2] 王幸之，钟爱琴，王雷，王闪AT89系列单片机原理与接口技术.北京:北航空航天大学出版社,2004.[3] 梅丽凤,王艳秋,等.单片机原理及接口技术[M].北京:清华大学出版社, 2004.[4] 朱定华,刘玉.单片机原理及应用技术学习辅导[M].北京:电子工业出版社, 2001.审查意见系（教研室）主任签字：年月日目录1引言 (5)1.1课题背景 (5)1.2系统功能 (5)2系统组成框图及工作原理 (6)3系统硬件设计 (7)3.1系统硬件设计方案 (7)3.2温度传感器模块 (8)3.3数据处理模块 (9)3.4温度显示模块 (10)3.5温度控制模块 (12)3.6控制算法 (14)4软件设计 (16)4.1系统主程序 (16)4.2温度采集子程序 (18)总结 (19)参考文献 (20)附录 (21)引言1.1课题背景及时准确地得到温度信息并对其进行适时的控制，在许多工业场合中都是重要的环节，水温的变化影响各种系统的自动运行，例如冶金、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，对工件的水处理温度要求严格控制。
基于单片机的电阻炉温度控制系统设计ppt课件
基于单片机的电阻炉温度控制系统设计
一、目的、意义及现状分析 二、任务及要求 三、设计思路 四、参考文献 五、进程安排
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
一、本课题的目的及意义
1.1 目的 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。 由于电阻炉在国民经济中有着广泛的应用，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 。所以本设计的目的是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。
Regulatiors in a Digital Process IEEE Trans industrial Electronics,1984,IE31,4(11):74~78 • [8]. 李小莹.传感器与测试技术.北京：高等教育出版社.2004
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控制系统的结构框图
时钟电路 键盘
液晶显示 报警电路
温度检测电路
传感器
单片机
电 阻
MCS-51
炉
温度控制
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目录概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 1整体设计及系统原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 2硬件设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 2.1温度检测电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 2.2键盘控制和显示电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 2.3加热控制电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 3心得体会. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9基于单片机的电阻炉温度控制系统设计概述电阻炉在化工、冶金等行业应用广泛，因此温度控制在工业生产和科学研究中具有重要意义。
其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，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。
采用单片机进行炉温控制，具有电路设计简单、精度高、控制效果好等优点，对提高生产效率、促进科技进步等方面具有重要的现实意义。
此次课程设计温度控制系统的主要技术指标有：温控范围：300℃～1000℃；恒温时间：0～24小时；控制精度：±1℃；超调量<1%。
1整体设计及系统原理本系统由单片机AT89C51、温度检测电路、键盘显示、显示电路、温度控制电路等部分组成。
系统中采用了新型元件，功能强、精度高、硬件电路简单。
其硬件原理图如图1所示。
在系统中，利用热电偶测得电阻炉实际温度并转换成毫伏级电压信号。
该电压信号经过温度检测电路转换成与炉温相对应的数字信号进入单片机，单片机进行数据处理后，通过液晶显示器显示温度，同时将温度与设定温度比较，根据设定计算出控制量，根据控制量通过控制继电器的导通和关闭从而控制电阻丝的导通时间，以实现对炉温的控制。
图1 硬件原理图程序流程图在系统软件中，主程序完成系统初始化和电炉丝的导通和关断；炉温测定、键盘输入、时间确定和显示、控制算法等都由子程序来完成；中断服务程序实现定时测温和读取时间。
流程图如图2所示。
图2 总体流程图2硬件设计2.1温度检测电路本系统采用的K型（镍铬－镍硅）热电偶，其可测量1312℃以内的温度，其线性度较好，而且价格便宜。
K型热电偶的输出是毫伏级电压信号，最终要将其转换成数字信号与CPU通信。
传统的温度检测电路采用“传感器－滤波器－放大器－冷端补偿－线性化处理－A/D转换”模式，转换环节多、电路复杂、精度低。
在本系统中，采用的是高精度的集成芯片MAX6675来完成“热电偶电势－温度”的转换，不需外围电路、I/O接线简单、精度高、成本低。
MAX6675是MAXIM公司开发的K型热电偶转换器，集成了滤波器、放大器等，并带有热电偶断线检测电路，自带冷端补偿，能将K型热电偶输出的电势直接转换成12位数字量，分辨率0.25℃，工作电压为3.0～5.5V。
温度数据通过SPI端口输出给单片机,其冷端补偿的范围是-20～80℃,测量范围是0～1023.75℃。
表1为MAX6675的引脚功能图:表1 MAX6675的引脚功能图当MAX6675的CS引脚从高电平变为低电平时, MAX6675将停止任何信号的转换并在时钟SCK的作用下向外输出已转化的数据。
相反,当CS从低电平变回高电平时, MAX6675将进行新的转换。
在CS 引脚从高电平变为低电平时, 第一个字节D15将出现在引脚SO。
一个完整的数据读过程需要16个时钟周期,数据的读取通常在SCK的下降沿进行。
MAX6675的输出数据为16位,其中D15始终无用, D14～D3对应于热电偶模拟输入电压的数字转换量, D2用于检测热电偶是否断线(D2为1表明热电偶断开) , D1为MAX6675的标识符, D0为三态。
需要指出的是:在以往的热电偶电路设计中,往往需要专门的断线检测电路, 而MAX6675已将断线检测电路集成于片内,从而简化了电路设计。
D14～D3为12位数据,其最小值为0 ,对应的温度值为0 ℃; 最大值为4095 , 对应的温度值为1023.75 ℃;由于MAX6675 内部经过了激光修正, 因此, 其转换结果与对应温度值具有较好的线性关系。
温度值与数字量的对应关系为:温度值= 1023.75×转换后的数字量/ 4095。
由于MAX6675的数据输出为3位串行接口, 因此只需占用微处理器的3个I/ O口。
图2 是以89C51系列单片机为例给出的系统连接图。
使用时, 可用软件模拟同步串行读取过程。
图中串行外界时钟由微处理器的P1.3提供,片选信号由P1.2提供,转换数据由P1. 1读取。
热电偶的模拟信号由T+和T-端输入,其中T- 需接地。
MAX6675的转换结果将在SCK的控制下连续输出。
图3 温度检测电路2.2键盘控制和显示电路按键控制电路如图所示，分别接在单片机P0.0—P0.5口。
它由9个按键构成，直接与单片机I/O口相连。
当按键闭合时，单片机的P0.0—P0.2口的高电转移到P0.3—P0.5口。
当用于温度调节时，开关分别用于调整温度的上下限值，以及控制温度的输出。
另外，设定1键用于显示采集的温度，第二次按下则进行温度的上限调整，第三次按下进行温度的下限调整，第四次按下则进行采集温度的显示构成循环。
选择2键进行移位调整，第一次显示个位，第二次显示十位。
3键用于增加一个数，按下一次在原基础之上加1，这个值在0-9-0之间变化。
4键用于减少一个数，按下一次在原基础之上减1，这个值在9-0-9之间变化。
图4 键盘接口电路显示电路采用3位共阳LED动态显示方式,选用7段显示数码管7SEG-COM-ANODE。
显示内容有温度值的十位、个位及小数点后一位。
用P2口作为段控码输出，并用74LS244作驱动。
P1.4—P1.6作为位控码输出，用PNP型三极管做驱动。
模块电路如下图5：图5 显示接口电路2.3加热控制电路用于在闭环控制系统中对被控对象实施控制，被控对象为电热杯，采用对加在电热杯两端的电压进行通断的方法进行控制，以实现对水加热功率的调整，从而达到对水温控制的目的。
对电炉丝通断的控制采用SSR-40DA 固态继电器。
它的使用非常简单，只要在控制端TTL 电平，即可实现对继电器的开关，使用时完全可以用 NPN 型三极管接成电压跟随器的形式驱动。
当单片机的P1.7为高电平时，三极管驱动固态继电器工作接通加热器工作，当单片机的P1.7为低电平时固态继电器关断，加热器不工作。
控制电路图如下图6：图6 电阻炉的温度控制图其中, 固态继电器SSR -40DA 是由固态元件组成的无触点开关，具有工作安全可靠、寿命长、无触点、无火花、无污染、高绝缘、高耐压（越过2.5kv ）、低触发电流、开关速度快、可与数字电路巨配，以阻燃型环氧树脂为原料，采用灌封技术，使与外界隔离，具有良好的耐压、防潮、防腐、抗震动等性能。
固态继电器内部采用电压过零时开启，负载过零时关断的特性，在负载上可以得到一个完整的正弦波形。
因此电路的射频干扰很小，可降低感性负载（如风扇、三相电动机等）的反电动势以及驱动阻性负载（如白炽灯、发热丝等）时可显著降低浪涌电流等优点,其内部结构如图7:图7 SSR -40DA 内部结构图触发电路 输入 光电耦合电路过零控制电路开关电路 吸收电路 输出3心得体会天很热，借着课设的机会宅在寝室倒也还凉快。
从拿到课设题目到完成这次课设也只不过一个星期的多一点的时间，虽然对单片机只有粗略的认识，很多程序还有原理图都不是很透彻的理解，但是，借着世界杯的激情，再借助从网上借鉴的资料，加以简单的自学，做题的思路还是蛮清晰的呈现出来了。
这次的题目是有关电阻炉的温度控制。
电阻炉在我们的日常生活，工业生产当中有着相当广泛的应用，所以说这次做的课设题目具有很强的实际意义，这让我感到蛮欣慰的。
通过查阅相关的书本，同时借助网络的资料，通过严格的删选及考虑实际的应用效果，我知道了选择MAX6675芯片做测温点路，89C51做处理芯片，SSR-40DA做继电器控制加热电路是很好的思路，也是比较容易实现并且能够实现较理想的效果。
最后将几个部分加以整合及优化，以及必要的改造，就完成了最后的电路。
最后的成果通过程序的调试显示可以较好地完成既定的要求，整个电路结构简单、思路清晰、效果显著。
整个课设的过程经历的时间虽然不是很长，但是当我真正去投入创作的时候，感觉到很充实，很满足。
重要的是，通过这次课设所学到的知识，不仅是对理论的一次充实，还是对自己整个知识面的一次审视。
这短短一个星期时间的经验，将会潜移默化的对以后的学习生活，甚至在工作中有深远的指导意义。
另外，个人的能力毕竟是有限的，非常感谢同学及老师对我的建议和帮助。
网络也是一个相当有用的平台，有效合理地利用网络资源将是对自己的又一个极大的帮助。
参考文献[1]于海生. 计算机控制技术[M]. 北京：机械工业出版社,2007.[2]赖寿宏. 微型计算机控制技术[M]. 北京：机械工业出版社,2004.[3]熊静琪. 计算机控制技术[M]. 北京：电子工业出版社,2003.[4]王福瑞. 单片微机测控系统设计大全. 北京：北京航空航天大学出版社,1997.[5]黄一夫. 微型计算机控制技术[M]. 北京：机械工业出版社,1996.。