炉温控制

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德州学院毕业论文（设计）开题报告书

德州学院毕业论文（设计）中期检查表

目录

摘要及关键词 (1)

1引言 (1)

1.1本选题在国内外的研究现状和发展趋势 (1)

1.2课题开发的意义 (1)

1.3单片机炉温控制系统方案简介 (2)

2系统硬件设计 (3)

2.1 主控单元 (3)

2.2 8155接口电路 (4)

2.3 A/D转换电路 (4)

2.4键盘/显示电路 (5)

2.5温度检测及信号调理电路 (5)

2.6报警电路 (6)

2.7 控温电路 (7)

2.8炉温的数学模型及控制算法的选择 (9)

3系统软件设计 (10)

3.1 主程序 (10)

3.2 T0中断服务程序 (10)

3.3 采样子程序 (11)

3.4 数字滤波程序 (12)

3.5 程序调试 (13)

3.6 抗干扰措施 (13)

4总结 (13)

参考文献 (15)

谢辞 (16)

附录 (17)

基于单片机的炉温控制系统设计

赵俊强

（德州学院机电系，山东德州 253023）

摘要:本设计采用AT89S51作为主控制芯片，选用铂铑-铂热电偶LB-3作为温度传感器，运用数字PID算法作为控制算法。本文设计的炉温控制系统采用高精度放大器及A/D转换器以获得较高的测温精度，并采用集成温度传感器AD590对热电偶进行冷端补偿，按程序设定的温度曲线升温，具有键盘输入及温度显示等功能，显著提高了控温精度。并且本设计具有结构简单、成本小等优点。

关键字：单片机；炉温控制；数字PID算法

1引言

1.1本选题在国内外的研究现状和发展趋势

炉温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。炉温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，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[1]。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400～1200℃。静态控制精度为2.43℃。

1.2课题开发的意义

温度是工业控制对象中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品加工、机械制造等各类工业中广泛使用加热炉、热处理炉、反应炉等。这些技术高精度高的自动控制可以使用计算机来完成。但由于在工业生产中，生产的对象往往是复杂多变的，都用计算机控制可能增加生产成本，因此为了能够满足人们的生产需要，本设计利用单片机控制炉温，不但可以降低成本，而且使控制更加简便。

本设计是以 AT89S51为核心，利用软硬件相结合的自动控制的典型例子。在单片机自动控制已经广泛的应用于人们的生产和生活的今天，传统用模拟电路来控制炉温的做法，已经逐渐被淘汰。这个系统的实现，改变了传统的炉温控制方法，为炉温的控制开辟了一条新的道路。根据我国的科技和工业水平，这个系统的设计是符合工业生产的需要。实现我国的工业化，自动控制是其中的一个重要目标，自动控制系统正广泛的应用于工业生产和人们的日常生活。本系统的设计成功知识实现自动控制的“冰山一角”，但它为以后更加智能化、人性化的自动控制系统的设计作了铺垫。因此这种系统的设计具有比较好的社会效益。

1.3单片机炉温控制系统方案简介

单片机炉温控制系统是温控系统的一个简单应用。在冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各类工业中，广泛使用着加热炉、热处理炉、反应炉等。因此，炉温是工业对象中一个主要的被控参数。由于炉子的种类不同，因而所使用的燃料和加热方法也不同，例如煤气、天然气、油、电等；由于工艺不同，所需要的温度高低不同，因而所采用的测温元件和测温方法也不同；产品工艺不同，控制温度的精度也不同，因而对数据采集的精度和所采用的控制算法也不同。单片微型计算机的功能不断的增强，为先进的控制算法提供的载体，许多高性能的新型机种应运而生。炉温是工业对象中的一个重要的被控参数。本系统所使用的加热炉为电加热炉，炉丝功率为3kw，系统要求炉膛恒温，误差为士5度，超调量尽可能小，温度上升较快且有良好的稳定性。

单片机炉温控制系统是以AT89S51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[2]。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