基于大林算法的温度控制系统设计(完整资料).doc

《基于大林算法的温度控制系统设计(完整资料).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于大林算法的温度控制系统设计(完整资料).doc（137页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、基于大林算法的温度控制系统设计(完整资料）(可以直接使用，可编辑 优秀版资料，欢迎下载）计算机控制技术课程设计2015/2016学年第二学期设计课题：基于大林算法的电路温度控制系统的设计专业:_班级：_学号：_ _姓名:_ _2016年5月目 录第一章 课题简介11。1课题的目的11.1.1 本机实现的功能11。1。2 扩展功能:11.2课题的任务及要求1第二章 系统方案设计22。1 水温控制系统的总体介绍22.2 系统框图22。3 闭环系统的工作原理2第三章 系统硬件设计33。1 系统原理图33。2 单片机最小系统设计3第四章 大林控制算法设计54。1 大林控制算法原理：54.2 控制器的设

2、计及公式推导过程64。3 采样周期的选择:7第五章 水温控制系统的仿真75.1振铃现象75.2 Matlab仿真95。2 大林算法控制系统编程设计：105.3各模块子程序设计115.3。1主程序设计115。3.2读出温度子程序125。5。3数码管显示模块135.5。4温度处理程序14第六章 小结与体会15第七章 参考文献16第八章 附录17第一章 课题简介1.1课题的目的1。1。1 本机实现的功能（1）利用温度传感器采集到当前的温度，通过AT89S52单片机进行控制,最后通过LED数码管以串行口传送数据实现温度显示.（2)可以通过按键任意设定一个恒定的温度。(3)将水环境数据与所设置的数据进行

3、比较，当水温低于设定值时,开启加热设备,进行加热；当水温高于设定温度时，停止加热，从而实现对水温的自动控制。(4）当系统出现故障，超出控制温度范围时,自动蜂鸣报警。1。1.2 扩展功能：（1）具有通信能力，可接收其他数据设备发来的命令，或将结果传送到其他数据设备。（2）采用适当的控制方法实现当设定温度或环境温度突变时，减小系统的调节时间和超调量。（3） 温度控制的静态误差。1。2课题的任务及要求一升水由800W的电热设备加热，要求水温可以在一定范围内由人工设定,并能在环境温度降低时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变。(1）温度测量范围：10100，最小区分度不大于1。(2）控制精度在0.2

4、以内,温度控制的静态误差小于1。(3）用十进制数码管显示实际水温。第二章 系统方案设计2.1 水温控制系统的总体介绍本次设计采用采样值和键盘设定值进行比较运算的方法来简单精确地控制温度。先通过键盘输入设定温度，保存在AT89S52单片机的指定单元中，再利用温度传感器DS18B20进行信号的采集,送入单片机中，保存在采样值单元。然后把采样值与设定值进行比较运算，得出控制量,从而调节继电器触发端的通断，来实现将水温控制在一定的范围内。当水温超出单片机预存温度时,蜂鸣器进行报警。单片机控制系统是一个完整的智能化的集数据采集、显示、处理、控制于一体的系统。由传感器、LED显示单片机及执行机构控制部分等

5、组成.2。2 系统框图DS18B20温度传感器LED显示指示灯蜂鸣器AT89S52单片机加热继电器按键2.3 闭环系统的工作原理本设计以AT89S52单片机系统进行温度采集与控制.温度信号由模拟温度传感器DS18B20采集输入AT89S52，利用温度传感器采集到当前的温度，通过AT89S52单片机进行控制，最后通过LED数码管以串行口传送数据实现温度显示。可以通过按键任意设定一个恒定的温度。将水环境数据与所设置的数据进行比较，当水温低于设定值时,开启加热设备,进行加热;当水温高于设定温度时，停止加热，从而实现对水温的自动控制。当系统出现故障，超出控制温度范围时,自动蜂鸣报警.用单片机控制水温可

6、以在一定范围内设定，并能在环境温度变化时保持温度不变。第三章 系统硬件设计3.1系统原理图在温度测量控制系统中，实际温度值由PT100恒流工作调理电路进行测量。为了克服PT100线性度不好的缺点,在信号调理电路中加入负反馈非线性校正网络；调理电路的输出电压经ADC0808转换后送入单片机AT89S51；对采样数据进行滤波及标定处理后，由3位7段数码管显示。输入的设定值由4位独立按键电路进行设定，可分别对设定值的十位和个位进行加1、减1操作.设定值送入单片机后，由另外一组3位7段数码管显示。数码管的段码由74HC05驱动，位码由三极管2N2222A驱动。系统采用PID闭环控制方案.将预置初值与温

7、度传感器反馈信号比较得到偏差(e）进行PID运算处理得到控制量(u）,通过此量来控制加热器的加热时间,从而控制加热功率。由于水本身具有很大的热惯性，所以必须对水温的变化趋势作出预测，并且根据需要及时反方向抑制，以防止出现较大的超调量的波动。在PID控制中，积分环节（I）具有很强的滞后效应，而微分环节(D）具有预见性，所以该方案最终采用PD算法，能够很好的控制超调,并且稳态误差也很小.图3-1 系统原理图3。2单片机最小系统设计基本的AVR硬件线路，包括以下几部分：（1）复位线路的设计AT89S52已经内置了上电复位设计。并且在熔丝位里,可以控制复位时的额外时间,故AVR外部的复位线路在上电时，

8、可以设计得很简单：直接拉一只10K的电阻到VCC即可(R6)。为了可靠，再加上一只0.1uF的电容（C0）以消除干扰、杂波。D3（1N4148）的作用有两个：作用一是将复位输入的最高电压钳在Vcc+0.5V 左右，另一作用是系统断电时,将R1(10K)电阻短路，让C0快速放电，让下一次来电时，能产生有效的复位.当AVR在工作时，按下S0开关时，复位脚变成低电平,触发AVR芯片复位.重要说明:实际应用时，如果你不需要复位按钮,复位脚可以不接任何的零件，AVR芯片也能稳定工作.即这部分不需要任何的外围零件。图32 复位电路设计（2）晶振电路的设计Mega16已经内置RC振荡线路，可以产生1M、2M

9、、4M、8M的振荡频率。不过，内置的毕竟是RC振荡,在一些要求较高的场合，比如要与RS232通信需要比较精确的波特率时,建议使用外部的晶振线路.早期的90S系列，晶振两端均需要接22pF左右的电容。Mega系列实际使用时，这两只小电容不接也能正常工作。不过为了线路的规范化，我们仍建议接上。重要说明：实际应用时，如果你不需要太高精度的频率,可以使用内部RC振荡。即这部分不需要任何的外围零件。图3-3 晶振电路设计（3）电源设计AVR单片机最常用的是5V与3。3V两种电压。本线路以转换成5V直流电压,电路需要变压器把220交流电压转换成28V交流电，再通过整流器，把交流电转化成直流电，通过7809

10、和7805三端正电源稳压电路转化成直流5V.电源如图3-4。图3-4电源电路设计图第四章 大林控制算法设计4。1 大林控制算法原理：在许多工业过程中，被控对象一般都有纯滞后特性，而且经常遇到纯滞后较大的对象。美国IBM公司的大林，在1968年提出了一种针对工业生产过程中，含有纯滞后对象的控制算法,具有较好的效果。假设带有纯滞后的一阶、二阶惯性环节的对象为：式中，为纯滞后时间，、为时间常数，K为放大系数。为简单起见，设=NT，N为正整数。大林算法的设计目标是设计合适的数字控制器，使整个闭环系统的传递函数为具有时间纯滞后的一阶惯性环节，而且要求闭环系统的纯滞后时间等于对象的纯滞后时间.4.2 控制

11、器的设计及公式推导过程-电炉温度传感器D/AA/D被控对象的传递函数：采样周期T=1s，期望闭环传递函数的惯性时间常数：设期望闭环传递函数为：系统的广义对象传递函数：系统广义对象的脉冲传递函数为:系统的闭环脉冲传递函数为：数字控制器的脉冲传递函数为：当输入为单位阶跃时，输出为：控制量的输出为：4。3 采样周期的选择:在本实验中，定时中断间隔选取100ms，采样周期T要求既是采样中断间隔的整数倍，又要满足，而由被控对象的表达式可知,所以取N=1，=T,=1s，取T=1s。因为，,因为采样周期T=1s，定时中断为1s，就是说1个定时中断后进行采样。第五章 水温控制系统的仿真5.1振铃现象直接用上述

12、控制算法构成闭环控制系统时，人们发现数字控制器输出U(z)会以1/2采样频率大幅度上下摆动。这种现象称为振铃现象。振铃现象与被控对象的特性、闭环时间常数、采样周期、纯滞后时间的大小等都有关系。振铃现象中的振荡是衰减的，并且于由被控对象中惯性环节的低通特性，使得这种振荡对系统的输出几乎无任何影响，但是振铃现象却会增加执行机构的磨损。在交互作用的多参数控制系统中，振铃现象还有可能影响到系统的稳定性，所以，在系统设计中,应设法消除振铃现象。可引入振铃幅度RA来衡量振荡的强烈程度.振铃幅度RA的定义为：在单位阶跃信号的作用下，数字控制器D（z）的第0次输出与第1次输出之差值。设数字控制器D(z）可以表

13、示为：（5-1)其中（5-2)那么，数字控制器D（z）输出幅度的变化完全取决于Q（z)，则在单位阶跃信号的作用下的输出为:(5-3）根据振铃的定义，可得：(54）上述表明，产生振铃现象的原因是数字控制器D（z)在z平面上位于z=1附近有极点。当z=1时,振铃现象最严重.在单位圆内离z=-1越远,振铃现象越弱。在单位圆内右半平面的极点会减弱振铃现象，而在单位圆内右半平面的零点会加剧振铃现象.由于振铃现象容易损坏系统的执行机构,因此，应设法消除振铃现象。大林提出了一个消除振铃的简单可行的方法，就是先找造成振铃现象的因子，然后令该因子中的z=1.这样就相当于取消了该因子产生振铃的可能性。根据终值定理

14、，这样处理后,不会影响输出的稳态值。本设计的被控对象是含有纯滞后的一阶惯性环节,大林算法求得的数字控制器为式:(5-5）有可表示为式314所示：（5-6)可能引起振铃现象的因子是式315所示：（5-7）其振铃的幅度为：（58）根据r值的不同，有一下几种情况：（1）当r=0时，不存在振铃极点因子，此时不产生振铃现象（2）当r=1时，存在一个极点z=（）；当=时，z-1，存在严重的振铃。当r=2时,存在极点Z=当T时，z，Z1时，存在振铃现象。对于r=2时的振铃极点，令Z=1代入式中可得:=此时就求得的消除振铃的数字控制器D（z)表达式为5.2Matlab仿真Matlab仿真图(无振铃现象）5。2

15、 大林算法控制系统编程设计：根据系统的总体功能和键盘设置选择一种最合适的监控程序结构，然后根据实时性的要求，合理地安排监控软件和各执行模块之间地调度关系。本部分详细介绍了基于AT89S52单片机的多路温度采集控制系统的软件设计。根据系统功能，可以将系统设计分为若干个子程序进行设计，如温度采集子程序，数据处理子程序、显示子程序、执行子程序。采用Keil uVision3集成编译环境和C语言来进行系统软件的设计.本章从设计思路、软件系统框图出发，先介绍整体的思路后,再逐一分析各模块程序算法的实现，最终编写出满足任务需求的程序。采集到当前的温度,通过LED数码管实现温度显示。通过按键任意设定一个恒定

16、的温度将水环境数据与所设置的数据进行比较.当水温低于设定值时，开启加热设备，进行加热；当水温高于设定温度时，停止加热。当系统出现故障，超出控制温度范围时，自动蜂鸣报警并对温度进行实时显示.采用C语言编写代码，鉴于篇幅限制及DS18B20的应用已经规范和成熟，本文仅就主程序流程图和显示子程序流程图及其代码进行说明。通过定时器T0 P3。4口的定时来实现，在此不再赘述.有关DS18B20的读写程序，编程时序分析等请见附录三。功能主程序流程图主程序通过调用温度采集子程序完成温度数据采集,然后调用温度转换子程序转换读取温度数据，调用显示子程序进行温度显示和判断温度数据。主程序（见附录二）调用四个子程序

17、，分别是温度采集程序、数码管显示程序、温度处理程序和数据存储程序。温度采集程序:对温度芯片送过来的数据进行处理，进行判断和显示.数码管显示程序：向数码的显示送数，控制系统的显示部分.温度处理程序：对采集到的温度和设置的上、下限进行比较，做出判断，向继电器输出关断或闭合指令。数据存储程序：对键盘的设置的数据进行存储.设定温度值显示当前温度判断当前温度值超过设定1低于设定1报警报警是否否是图1 系统总流程图5。3各模块子程序设计5。3。1主程序设计主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程

18、见图2所示。通过调用读温度子程序把存入内存储中的整数部分与小数部分分开存放在不同的两个单元中，然后通过调用显示子程序显示出来。开始调用读温度子程序数字变换程序显示子程序图2 主程序流程图5。3。2读出温度子程序读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节,在读出时需进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。DS18B20的各个命令对时序的要求特别严格，所以必须按照所要求的时序才能达到预期的目的,同时，要注意读进来的是高位在后低位在前,共有12位数，小数4位，整数7位,还有一位符号位。DS18B20的数据读写是通过时序处理位来确认信息交换的。当总线控制器发起读时序时,DS18B20仅被用

19、来传输数据给控制器。因此，总线控制器在发出读暂存器指令BEh或读电源模式指令B4H后必须立刻开始读时序，DS18B20可以提供请求信息。所有读时序必须最少60us,包括两个读周期间至少1us的恢复时间。当总线控制器把数据线从高电平拉到低电平时，读时序开始,数据线必须至少保持1us，然后总线被释放在总线控制器发出读时序后,DS18B20通过拉高或拉低总线上来传输1或0。当传输逻辑0结束后,总线将被释放，通过上拉电阻回到上升沿状态。从DS18B20输出的数据在读时序的下降沿出现后15us内有效。因此,总线控制器在读时序开始后必须停止把I/O脚驱动为低电平15us,以读取I/O脚状态。DS18B20

20、复位、应答子程序跳过ROM匹配命令写入子程序温度转移命令写入子程序延时显示子程序DS18B20复位、应答子程序跳过ROM匹配命令写入子程序读温度命令子程序终止图3 读出温度子程序5。5.3数码管显示模块本系统采用八位共阳极数码管，用模拟串口的动态显示数据。其流程图如图4所示：子程序入口初始化查表取段码位码送译码器选通低位数码管数字是否显示亮关显示返回段码送驱动显示显示缓冲区左移YN图4 数码管显示流程图5。5.4温度处理程序基于单片机水温控制系统通过DS18B20温度传感器采集到的温度和设置的温度上、下限进行比较得出结果。如果低于下限温度或是高于上限温度，则报警器进行进行报警。第六章 小结与体

21、会这次的课程设计分配到两个人一组完成，虽然只有短短的两周时间,但是通过这些天的学习使我收获巨大,让我更加深刻的复习了课本知识，使得自己在专业技能和动手能力方面有了很大的提高，为以后自己进入社会打下了一个良好的基础。在这次的课程设计过程中，我与周航一组，我很感谢老师对我的指导及同学的帮助，我主要负责软件的仿真，周航负责硬件系统的设计。在大林控制算法的设计中，遇到了许多的难题，对于原理概念十分模糊，一些公式也忘了如何去使用，拿出了以前的课本对遗忘的知识进行了回顾，在同学的帮助下，与周航的讨论中一步一步的完成了控制器的设计和大林算法公式的推导.使得我能够顺利的完成此次的课程设计，通过完成这次的课程设

22、计，使我深刻的体会到了团队的重要性，这次的课程设计很，但两人一组的团队的合作使课程设计简单了许多，每个人都有明确的分工，这样,再加上自己的努力终能取得成功.感谢此次的课程设计让我收获良多！第七章 参考文献1于海生主编，微型计算机控制技术M，北京:清华大学出版社，20092李小坚,赵山林，冯晓军，龙怀冰.Protel DXP电路设计与制版实用教程(第2版）.北京：人民邮电出版社。20093全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（第一届第五届).北京： 北京理工大学出版社。20044张琳娜,刘武发。传感检测技术及应用。北京：中国计量出版社。19995沈德金，陈粤初. MC

23、S51系列单片机接口电路与应用程序实例.北京:北京航空航天大学出版社。19906周立功等。增强型80C51单片机速成与实战。北京:北京航空航天大学出版社。2003。77马忠梅等。单片机的C语言应用程序设计.北京：北京航空航天大学出版社社。1998.108胡汉才.单片机原理及接口技术.北京：清华大学出版社社。19969李志全等.智能仪表设计原理及应用。北京：国防工业出版社。1998.610何立民MCS-51系列单片机应用系统设计。北京:北京航空航天大学出版社.1990。1第八章 附录附录一：系统程序#include 0;a-) for（b=100；b0；b）；void init（) EA=1；

24、ET1=1； TR1=1； TMOD=0x10; TH1=（655364000）/256； TL1=(65536-4000)%256; flag=0； high=100; jdq=1；void didi（） beep=0； led=0; delay（500); beep=1; led=1； delay(500）；void dsreset(void) /DS18b20复位，初始化函数 uint i; ds=0； i=103; /延时最短480us while(i0） i-; ds=1； /等待1660us，收到低电平一个约60-240us则复位成功 i=4; while(i0) i-；bit t

25、empreadbit（void） /读1位数据函数 uint i； bit dat； ds=0;i+; ds=1；i+；i+；/i+起到延时作用 dat=ds； i=8； while(i0)i-； return（dat）;uchar tempread（void)/读1字节的数据函数 uint i，j，dat; dat=0; for(i=1；i=8;i+） j=tempreadbit(); dat=（j1）; /读出的数据最低位在最前面，这样刚好一个字节在dat里 return(dat）;void tempwritebyte(uchar dat) /向DS18B20写一个字节的数据函数 uint

26、 i; uchar j; bit testb; for(j=1;j1; if(testb） /写1 ds=0;i+;i+;ds=1;i=8；while(i0）i-; else /写0 ds=0;i=8;while(i0） i-；ds=1；i+；i+； void tempchange(void) /DS18B20开始获取温度并转换 dsreset()； delay(1)； tempwritebyte(0xcc);/写跳过读ROM指令 tempwritebyte(0x44）； /写温度转换指令uint get_temp（）/读取寄存器中存储的温度数据 uchar a，b； dsreset（); d

27、elay(1）； tempwritebyte(0xcc); /写跳过读ROM指令 tempwritebyte(0xbe); /写温度转换指令 a=tempread（）； /读低8位 b=tempread(）; /读高8位 temp=256b+a; f_temp=temp0。0625； /温度在寄存器中为12位，分辨率为0.0625 temp=f_temp*10+0.5； /乘以10表示小数点后面只取一位 return temp; /temp是整型void keyscan（） if(s1=0） P2=0xff; delay(5）； if（s1=0） while(！s1)； s1num+； if(

28、s1num=1) flag=1； if(s1num=2） s1num=0; flag=0； if（s1num=1) flag=1；if(s2=0） delay(5）;if(s2=0) while（！s2)；high+=10；if（high=1000) high=100;if(s3=0）delay(5);if(s3=0) while(！s3）； high=10； if(high=0) high=100;void main(）/主函数 init(); while(1) tempchange()； /温度转换函数 if(temphigh-10) jdq=0;didi（）； if(（temp=high

29、10)&（temphigh)&(temp=high+10) jdq=1;beep=1; if(temphigh+10) jdq=1；didi()； void time1（） interrupt 3 TH1=（655364000）/256; TL1=（65536-4000)%256; t+; keyscan（）； if（flag=0) if(t=4)t=0; switch(t) case 1：P0=tableget_temp()/100; P2=0xfd；break； case 2:P0=table1get_temp（)100/10；P2=0xfb；break; case 3:P0=tableg

30、et_temp()10； P2=0xf7；break； if（flag=1) if（t=4）t=0； switch(t) case 0：P0=0xff; P2=0xfe；break； case 1：P0=0xff； P2=0xfd;break; case 2：P0=tablehigh/100; P2=0xfb;break； case 3：P0=tablehigh%100/10； P2=0xf7;break； 班级: 姓名： 学号：1。简要叙述系统的工作原理。2。简述复位电路设计原理。3.系统如何产生报警？4。简述大林算法的原理。5.采样周期如何确立？HefeiUiverty基于大林算法的电加热

31、炉温度控制系统设计课程名称 计算机控制技术课程设计 任课教师 丁 健 班 级 10级自动化班 姓 名 学 号 日 期 2013/062 01级自动化专业计算机控制技术课程设计任务书论文题目基于大林算法的电加热炉温度控制系统设计设计类型设计型导师姓名丁健主要内容及目标电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验，电加热炉用电炉丝提供功率，使其在预定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值.在本控制对象电阻加热炉功率为8KW，有22交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。本设计针对一个温区进行控制，要求控制温度范围5350，保温阶段温度控制精度为1。选择合适的传感器，计算机输出信号经转换后通过双向可控硅控制器控

32、制加热电阻两端的电压,其对象温控数学模型为： 其中：时间常数=350秒，放大系数=50,滞后时间=1秒，控制算法选用大林算法 。件条1 PC机一台，教学实验箱一台；计划学生数及任务3人():明确课题功能.（2)：把复杂问题分解为若干模块，确定各模块处理方法，画出流程图。（3):存储器资源分配（4）：编制程序，根据流程图来编制源程序(5）：对程序进行汇编,调试和修改,直到程序运行结果正确为止.计划设计进程一、 总体方案设计二、 控制系统的建模和数字控制器设计三、 硬件的设计和实现1、 选择计算机字长(选用 51内核的单片机)2、 设计支持计算机工作的外围电路（EOM、RAM、I端口、键盘、显示接

33、口电路等)；3、 设计输入信号接口电路；4、 设计A转换和电流驱动接口电路；5、 其它相关电路的设计或方案(电源、通信等)。四、 软件设计1、 分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块框图；2、 编写AD转换和温度检测子程序框图;3、 编写控制程序和A转换控制子程序模块框图；4、 其它程序模块(显示与键盘等处理程序）框图。五、编写课程设计说明书,绘制完整的系统电路图（3幅面）.任务分工：针对本次设计课题,我们明确了各自的分工,顾胜池主要负责软件程序的编写、连接和调试,黄安福主要负责各个模块硬件的仿真和调试和部分模块程序的编写,柴文峰负责报告的整理。摘要电加热炉在化工、冶金等行业应用广泛,因此温

34、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.常规的温度控制方法以设定温度为临界点，超出设定允许范围即进行温度调控:低于设定值就加热,反之就停止或降温。这种方法实现简单、成本低,但控制效果不理想,控制温度精度不高、容易引起震荡，达到稳定点的时间也长，因此，只能用在精度要求不高的场合。电加热炉是典型的工业过程控制对象,在我国应用广泛。电加热炉的温度控制具有升温单向性，大

35、惯性，大滞后，时变性等特点。其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确的模型和确定参数,应用传统的控制理论和方法难以达到理想的控制效果。本设计采用大林算法进行温度控制，使整个闭环系统所期望的传递函数相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联来实现温度的较为精确的控制。关键词：单片机；A/D、/;达林算法；传感器；炉温控制目录一、绪论1。1系统设计背景。技术综述5二、系统总体设计5、系统概述52、2系统的结构框图三、硬件设计73、1微处理器80C173、温度传感器83、3驱动电路93、4键盘模块93、5LE显示模块10

36、四、软件设计14、1系统软件设计14、2大林算法的系统设计114、3程序控制流程图3五、调试运行4六、课程设计总结5参考文献7附录一系统原理图1附录二程序18一、绪论11系统设计背景近年来,加热炉温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统,温度是工业生产过程中重要的被控参数之一,冶金机械食品化工等各类工业生产过程中广泛使用的各种加热炉热处理炉反应炉,对工件的处理均需要对温度进行控制。因此，在工业生产和家居生活过程中常需对温度进行检测和监控。由于许多实践现场对温度的影响是多方面的,使得温度的控制比较复杂，传统的加热炉电气控制系统普遍采用继电器控制技术，由于采用固定接线的硬件实现逻辑控制，使控制系

37、统的体积增大，耗电多，效率不高且易出故障,不能保证正常的工业生产.随着计算机控制技术的发展，传统继电器控制技术必然被基于计算机技术而产生的计算机控制技术所取代。1.2技术综述自70年代以来，由于工业过程控制的需要,特别是在电子技术的迅猛发展，以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度控制系统发展迅速，并在智能化自适应参数自整定等方面取得成果。在这方面以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，并且都生产出了一批商品化的性能优异的温度控制器及仪器仪表，在各行业广泛应用。二、系统总体设计2、系统概述本设计在硬件部分选择了单片机的T8C51芯片为核心控制部分，输出为型热电偶传感器,检测温度后传回单片

38、机系统,最后经过温度控制系统，从而加热电阻，来达到控制电加热炉的目的。2、2系统的结构框图电加热炉控制系统的硬件结构框图如图2。LED显示驱动模块热电偶传感器AT80C51电加热炉键盘图。1系统的总体结构框图加热炉温度控制实现过程是：首先温度传感器将加热炉的温度传回单片机，然后AT0C5芯片将给定的温度值与反馈回来的温度值进行比较并经过最小拍无纹波算法运算处理后，传给温度控制系统，判断加热器材输出端导通与否从而使加热炉开始加热或停止加热。既加热炉温度控制得到实现.其中单片机的851系统为加热炉温度控制系统的核心部分起着重要作用。三、硬件设计3、1微处理器851本系统设计的单片机采用851或其兼

39、容系列芯片，采用24MHZ或更高频率晶振,以获得较高的刷新频率，时期显示更稳定。图.1单片机芯片引脚图3、温度传感器在温度传感器部分，选择了型热电偶传感器。()K 型热电偶的测温原理热电传感器是利用转换元件的参数随温度变化的特性，将温度和与温度有关的参数的变化转换为电量变化输出的装置。两种不同的导体或半导体组成的闭合回路就构成了热电偶，热电偶两端为两个热电极，温度高的接点为热端、测量端或自由端;温度低的接点为冷端、参考端或自由端.测量时，将工作端置于被测温度场中，自由端恒定在某一温度.热电偶是基于热电效应工作的，热电效应产生的热电势是由接触电势和温差电势两部分组成的。(2) MAX665单片热电偶数字转换器。其工作原理如下：型热电偶产生的热电势，经过低噪声电压放大器A1和电压跟随器A2放大、缓冲后,得到热电势信号U1，再经过S4送至A。对于K型热电偶,电压变化