(完整版)基于单片机的电加热炉温度控制系统

辽宁工业大学

单片机原理及接口技术课程设计（论文）题目：加热炉温度控制器设计

院（系）：电气工程学院

专业班级：电气122

学号： *********

学生姓名：**

指导教师：（签字）

起止时间：2015.06.22-2015.07.05

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：电气工程学院 教研室：

注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算

学 号 120303040

学生姓名

马驰

专业班级

电气122

课程设计（论文）题目

加热炉温度控制器设计

课程设计（论文）任务

高温加热炉利用煤气加热，通过传感器测量温度，四相5V 、1A 步进电机调节阀门来调节进气量。温度控制范围0～1800℃。

设计任务：

1. CPU 最小系统设计（包括CPU 选择，晶振电路，复位电路）

2. 温度传感器及接口电路设计

3. 步进电机驱动电路设计

4. 程序流程图设计及程序清单编写 技术参数：

1．温度控制范围：0-1800℃ 2．工作电源220V 设计要求：

1、分析系统功能，尽可能降低成本，选择合适的单片机、AD 转换器、输出电路等；

2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图；

3、按规定格式，撰写、打印设计说明书一份，其中程序开发要有详细的软件设计说明，详细阐述系统的工作过程，字数应在4000字以上。

进度计划

第1天 查阅收集资料 第2天 总体设计方案的确定 第3-4天 CPU 最小系统设计

第5天 温度传感器及接口电路设计 第6天 步进电机驱动电路设计 第7天

程序流程图设计

第8天 软件编写与调试 第9天 设计说明书完成 第10天

答辩

指导教师评语及成绩

平时： 论文质量： 答辩：

总成绩： 指导教师签字： 年 月 日

摘要

随着计算机技术、控制理论和控制技术的发展，电加热炉的温度控制技术日趋成熟，已经成为工业生产中的一个重要部分。

本设计为基于单片机的电加热炉温度控制系统，通过控制电阻丝两端电压的工作时间，来控制电阻丝的输出平均功率，从而实现对电加热炉温度的自动控制。系统分为温度测量、A/D转换、单片机系统、键盘操作系统、温度显示电路、D/A 转换等若干个功能模块。该系统具有硬件成本低，控温精度较高，可靠性好，抗干扰能力强等特点。

关键词：电加热炉；单片机；温度控制；固态继电器；

目录

第1章绪论 (1)

1.1单片机温度控制系统概况 (1)

1.2本文研究内容 (2)

第2章 CPU最小系统设计 (3)

2.1温度控制系统总体设计方案 (3)

2.2CPU的选择 (4)

2.3数据存储器扩展 (6)

2.4复位电路设计 (7)

2.5时钟电路设计 (8)

2.6CPU最小系统图 (9)

第3章温度传感器输入输出接口电路设计 (10)

3.1温度检测传感器的选择 (10)

3.2模拟量检测接口电路设计 (11)

3.3温度检测输出接口电路设计 (12)

3.4人机对话接口电路设计 (15)

第4章加热炉温度控制软件设计 (16)

4.1软件实现功能综述 (16)

4.2流程图设计 (16)

4.2.1 主程序流程图设计 (16)

4.2.2模拟量检测流程图设计 (17)

4.2.3 单片机流程图设计 (18)

4.3程序清单 (19)

第5章系统设计与分析 (25)

5.1系统原理图 (25)

5.2系统原理综述 (26)

5.3硬件仿真图 (27)

5.4软件调试结果 (28)

第6章课程设计总结 (29)

参考文献 (30)

第1章绪论

1.1单片机温度控制背景及国内外研究概况概况

温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。成熟的温控产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它们只能适应一般温度系统控制，而用于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。

随着我国经济的发展及加入WTO，我国政府及企业对此都非常重视，对相关企业资源进行了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，开展创新性研究，使我国仪表工业得到了迅速的发展。

随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速，一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。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。传统的控制方式已不能满足高精度，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，由于它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。本系统要求有数据处理，显示功能等,被控对象为一阶惯性环节和一阶积分环节的组合，惯性时间常数为2s，开环增益k=10，温度控制范围为50～150℃。

本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。本系统使用8051单片机，使温度控制大为简便。