加热炉温度监测课设

辽宁工业大学

单片机原理及接口技术课程设计（论文）题目：加热炉温度监测仪设计

院（系）：电气工程学院

专业班级：测控091

学号： 090301014

学生姓名：陈新儒

指导教师：

起止时间：2012.06.18-2012.06.29

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：电气工程学院教研室：Array

注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算

摘要

本文主要从硬件和软件两方面介绍了如何运用51单片机设计加热炉的温度控制系统，说明了怎么实现对加热炉温度的控制，并对硬件原理图和程序流程图作了简洁的描述。还介绍了在加热炉温度控制系统的软硬件设计中的一些主要技术关键环节,该系统主要以AT89S51单片机为核心,由 LED显示电路，温度检测电路,模/数转换电路,指示电路组成。

但用AT89S51单片机设计的温度检测电路是本次设计的主要内容，是整个单片机温度控制系统设计中不可缺少的一部分，该系统对温度进行了实时采集与检测。本设计介绍的单片机温度自动控制系统的主要内容包括：系统方案、元器件选择、系统理论分析、硬件设计、软件设计、系统调试及主要技术性能参数。

关键词：单片机；温度传感器；温度检测

目录

第1章绪论 (1)

第2章课程设计的方案 (2)

2.1概述 (2)

2.2系统组成总体结构 (2)

第3章硬件设计 (3)

3.1单片机最小系统设计 (4)

3.2微处理器及温度检测设计 (5)

3.3看门狗及温度显示设计 (8)

第4章软件设计 (11)

4.1程序的总体设计 (11)

4.2显示子程序设计 (13)

第5章系统测试与分析/实验数据及分析 (115)

第6章课程设计总结 (16)

参考文献 (17)

附录Ⅰ (18)

附录Ⅱ (19)

第1章绪论

加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，已经在冶金、化工、机械等各类工业控制中得到了广泛的应用，并且在国民经济中占有举足轻重的地位。对于这样一个具有非线性、大滞后性、大惯性、时变性、升温单向性等特点，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论很难达到良好的控制效果。所以我们要开发一种新的控制系统，不用建立数学模型就能对被测对象进行良好的控制。

近年来，由于单片机技术的运用与发展以及各种先进控制理论的形成，为我们开拓新的控制技术提供了条件。现在很多控制系统的核心都是单片机，因为单片机的体积小、价格低廉、可靠性高，可用其构成计算机控制系统中的智能控制单元, 受到广大工程技术人员的重视。

因此，加热炉的温度控制系统以单片机为核心，就可以省去建立繁琐的数学模型，而且控制系统更加稳定与精确。本次设计的加热炉温度控制系统正是以单片机为核心。

本系统的设计依据实际生产需要，具有很高的实际应用价值，且系统结构简单，能够进行大批量生产。

第2章课程设计的方案

2.1 概述

本次设计：加热炉温度控制系统的设计，正是运用单片机和温度传感器对温度进行控制。本次设计的内容为：以89S51单片机为核心，设计加热炉温度控制系统，用于进行金属的热处理。工业中金属的热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却，通过改变金属材料表面或内部的组织结构来控制其性能的一种工艺。金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。而进行金属热处理最主要的设备为加热炉。因此，本次设计的温度监测器主要应用于热处理加热炉。

2.2 系统组成总体结构

方案一：选用AT89C51为控制核心，是大家所熟悉的单片机，因为教材就是以C51为实力讲解，但C51单片机不支持ISP（在线更新程序）功能，必须加上ISP功能等新功能才能更好延续CS51的传奇。

方案二：选用AT89S51为控制核心，新增加ISP在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机储存器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。向下完全兼容51全部字系列产品。比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容产品。也就是说所有教科书、网络教程上的程序（不论教科书上采用的单片机是8051还是89C51还是MCS-51等等），在89S51上一样可以照常运行，但价格比C51甚至还要便宜。

以上分析选折89S51为控制核心及加热炉的功能和指标要求，本系统可以从元件级开始设计，选用89S51单片机为主控机，通过连接外围控制电路，实现对加热炉温度的测量。由温度传感器、运算放大器、A/D转换器、入驱动电路、LED显示电路共同组成。在系统中，温度的设置、温度值及误差显示、控制参数的设置、运行、暂停及复位等功能由键盘及显示电路完成。温度传感器把测量的电阻炉温

度信号转换成弱电压信号，经过信号放大电路，送入低通滤波电路，以消除噪音和干扰，滤波后的信号输入到A/D转换器，转换成数字信号输入89S51单片机。下图为加热炉温度控制系统框图：

图2.1 加热炉温度控制系统框图

具体设计如下：

1、由于温度测量范围为0～1000℃，温度控制精度要求高，温度控制范围大，因此采用K型热电偶温度传感器进行温度测量。并选用K型热电偶信号放大器

MAX6675对热电偶检测的温度信号进行放大。

2、温度显示由四路LED显示电路组成，实时显示加热炉内温度值并能显示温度给定值及各种参数值。进行各种操作时有必要的声、光提示。

硬件和软件功能划分：

1.硬件系统应包括以下电路：

A、测量电路，应包括温度传感器、放大器、A\D转换及接口。

B、温度显示电路。由4位LED显示电路组成。

C、报警电路。

2.软件功能应包括：

A、温度检测，应包括定时采样和软件虑波。

B、利用定时器定时，以满足采样周期的要求，显示温度。