烤箱连续温度控制系统方案

目录

烤箱连续温度控制系统 (1)

1设计概述 (1)

1.1任务分析 (1)

1.2整体方案 (2)

2.1系统硬件设计 (3)

2.1.1 8155接口电路 (3)

2.1.2 A/D转换电路 (4)

2.1.3温度检测 (5)

2.1.4电阻炉 (5)

2.1.5电力电子装置 (6)

2.2系统软件设计 (7)

2.2.1 主程序 (8)

2.2.2 T0中断服务程序 (8)

3控制过程说明 (8)

3.1环节分析 (8)

3.2调节规律 (9)

3.3干扰分析 (10)

3.4 PID控制MATLAB仿真及参数整定 (11)

参考文献 (13)

烤箱连续温度控制系统

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。随着电力电子和单片机技术的飞速发展，通过芯片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。随着国民经济的发展，人们需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行监测和控制。采用单片机来对他们控制不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。

传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。温度是工业对象中的一个重要的被控参数。然而所采用的测温元件和测量方法也不相同；产品的工艺不同，控制温度的精度也不相同。因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。传统的控制方式以不能满足高精度，高速度的控制要求。

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。本系统所使用的加热器件是电炉丝，功率为三千瓦，要求温度在400～1000℃。静态控制精度可以达到2.43℃。

本设计主要有四部分组成：（1）单片机控制器设计；（2）电力电子控制装置；（3）温度检测变送部分

1设计概述

1.1任务分析

电烤箱是一种应用广泛的食品加工设备 .电烤箱本身是个热容系统,具有大纯滞后和大惯性;由于家用烤箱的外壳很薄,封闭性不好,与环境温差越大散热越快,具有非线性;

同时对象的参数还受箱内食品种类和数量的影响。

电阻炉是利用电流通过电热体元件将电能转化为热能来加热或者熔化工件和物料的热加工设备。

电阻炉由炉体、电气控制系统和辅助系统组成。炉体由炉壳、加热器、炉衬（包括隔热屏）等部件组成。电气控制系统包括电子线路、微机控制、仪表显示及电气部件等。辅助系统通常指传动系统、真空系统、冷却系统等，虽炉种的不同而已。系统结构采用如下图所示。

造成的影响是系统的主要干扰因素。

1.2整体方案

由单片机完成温度测量、控制，显示等功能。用温度传感器测量温度值，其选用AD590,经过运算放大器组成的信号调理电路变成0—5V电压信号，由A/D转换器转换为数字信号，送入单片机。单片机的数字信号经过D/A转换器转换成模拟量，由运算放大器电路变成0—5V电压信号，控制固态继电器的导通角，进而控制被控对象的输出功率。

由单片机完成温度测量、控制，显示等功能。用温度传感器测量温度值，其选用标准铂电阻pt100,经过运算放大器组成的信号调理电路变成0—5V电压信号，由A/D转换器

转换为数字信号，送入单片机。单片机的数字信号经过D/A转换器转换成模拟量，由运算放大器电路变成0—5V电压信号，控制固态继电器的导通角，进而控制被控对象的输出功率。2设计实现

2系统硬件设计

电烤箱温度控制系统是以MS-5l单片机为控制核心，辅以采样反馈电路，驱动电路，晶闸管主电路对电炉炉温进行控制的微机控制系统。其系统结构框图可表示为:系统采用单闭环形式，其基本控制原理为:将温度设定值(即输入控制量)和温度反馈值同时送入控制电路部分，然后经过调节器运算得到输出控制量，输出控制量控制驱动电路得到控制电压施加到被控对象上，电炉因此达到一定的温度。

图2 控制电路的设计

2.1 8155接口电路

8155芯片内具有256个字节的RAM，两个8位、一个16位的可编程I/O口和一个14位计数器。它与51型单片机接口简单，是单片机应用系统中广泛使用的芯片。

图4 带有I/O接口和计时器的静态RAM8155

8155用作键盘/LED显示器接口电路，当IO/M为高电平时，8155选通片内的I/O端口。A,B,C三个口可以作为扩展的I/O口使用，MCS－51单片机的PO口与8155的AD0～AD7相连。

此时P0输出的低8位地址只有3位有效，用于片内选址，其他位无用。使用A,B,C 三个口时，首先向命令寄存器写入一个控制字以确定三个口的工作方式。如果写入的控制字规定他们工作于方式Ⅰ或方式Ⅱ下，则这三个口都是独立的基本I/O口。可以直接利用MOVX A,@DPTR或MOVX @DPTR,A指令完成这三个口的读/写（输入/输出）操作。工作在方式Ⅲ或方式Ⅳ时，C口用作控制口或部分用于控制。

MCS－51单片机可以和8155直接连接，不需要任何外加电路，给系统增加了256个字节的RAM、22位I/O线及一个计数器。当P2.0＝0且P2.1=0时，选中8155的RAM 工作；在P2.0=1和P20=0时，8155选中片内三个I/O端口。相应地址分配为：

0000H-00FFH 8155内部RAM

0100H 命令/状态口

0101H A口

0102H B 口

0103H C 口

0104H 定时器低八位口

0105H 定时器高八位口

2.2 A/D转换电路

图5 A/D转换电路图