课程设计--基于单片机的水温控制系统

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1、 课程设计报告书课程设计报告书 课程名称： 单片机控制系统课程设计 题 目： 基于单片机的水温控制系统 系 （院） ： 学 期： 专业班级： 姓 名： 学 号： 1.1.引言引言 温度是工业对象中主要的被控参数之一，例如：在冶金工业、化工生产、电 力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热 炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。电阻炉炉温控制系统的 控制过程是：单片机定时对炉温进行检测，经 A/D 转换芯片得到相应的数字量， 经过计算机进行数据处理，得到应有的控制量，去控制电阻炉进行加热，从而实 现对温度的控制。进行系统设计时应考虑如下问题：炉温变化规律

2、的控制，即炉 温按预定的温度时间关系变化，这主要在设计控制程序时加以考虑。 电阻炉的温度控制范围为：50200，这就涉及到测温元件、电炉功率的 选择，控制精度、超调量等指标，涉及到 A/D 转换精度、控制规律选择等。 1.11.1 设计目的设计目的 1. 在学习微机原理、单片机原理及应用、计算机控制技术、控制理论与系统的 基础上，掌握单片机控制系统的设计方法与步骤； 2. 了解单片机控制系统构造的特点、组成和接口电路； 3. 掌握单片机软硬件结合设计整个系统的原理。 2.2.控制系统的基本原理控制系统的基本原理 2.12.1 设计内容及要求设计内容及要求 电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验，

3、电阻加热炉用电阻丝提供热功 率，使其在预定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值。本控制对象电阻加热 炉功率为 8KW，由 220V 交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。电阻加热炉 系统模型如图 1 所示。 图 1 电阻加热炉系统模型 工艺要求： 按照规定的曲线进行升温和降温 7，温度控制范围为 50200，升温和降 温阶段的温度控制精度为5，保温阶段温度控制精度为2。 系统可以实现的基本功能： 微机自动调节功能：正常工作状态下，系统投入自动控制。 模拟手动操作：当系统发生异常时，投入手动控制。 微机监控功能：显示当前被控量的设定值、实际值、控制量的输出值，参数 报警时有灯光报警。 2.22.

4、2 对象分析对象分析 在本设计中，要求电阻炉炉内的温度，按照图 2 所示的规律变化，从室温开 始到 50为自由升温阶段，当温度一旦到达 50，就进入系统调节，当温度到 达 200时进入保温段，要始终在系统控制下，以保证所需的炉内温度的精度。 加工结束，要进行降温控制。保温段的时间为 6001800s。过渡过程时间：即 从开始控制到进入保温阶段的时间要小于 600s。 在保温段当温度高于 202或低 于 198时要报警，在升温和降温阶段也要进行控制，使炉内温度按照曲线的斜 率升或降。计算机定时对炉温进行测量和控制一次，炉内温度是由一铂电阻温度 计来进行测量，其信号经放大送到模数转换芯片，换算成相

5、应的数字量后，再送 入计算机中进行判别和运算，得到应有的电功率数，经过数模转换芯片转换成模 拟量信号，供给可控硅功率调节器进行调节，使其达到炉温变化曲线的要求。 图 2 温度曲线图 3.3.系统硬件的设计和实现系统硬件的设计和实现 3.13.1 系统硬件组成及工作原理系统硬件组成及工作原理 采用 8031 单片机作为控制器，ADC0809 模数转换芯片为模拟量输入，铂电 阻为温度检测元件，运算放大器和可控硅作为功率放大，电阻炉为被控对象，组 成电阻炉炉温控制系统，另外，系统还配有数字显示，以便显示和记录生产过程 中的温度和输出值。其工作过程为：热电偶将炉温变换为模拟电压信号,经低通 滤波滤掉干

6、扰信号后送放大器,信号放大为 05V 后送 A/D 转换器，转换为数字 量送入计算机。系统的硬件结构图如图 3： 图 3 系统的硬件结构图 3.1.1 单片机的选择 单片机机型：MCS51 8031（不包含 ROM、EPROM）。8031 内部包括 1 个 8 位CPU,21个特殊功能寄存器(SFR)4个8位并行I/O口,2个16位定时器/计数器, 但片内无程序存储器,须外扩 EPROM 芯片。MCS-51 具有 64kB 程序存储器寻址空 间，它是用于存放用户程序、数据和表格等信息。对于内部无 ROM 的 8031 单片 机，它的程序存储器必须进行外部扩展。在选择程序存储器芯片时，首先必须满 足程序容量，其次在价格合理情况下尽量选用容量大的芯片。这样做的话，使用 的芯片少，从而接线简单，芯片存储容量大，程序调整余量也大。本设计中外部 扩展存储器采用 EPROM 2732，EPROM 2732 的容量为 4K8 位，4K 表示有 41024 （22210=2