温度控制系统设计课程设计

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1、1 摘要 随着科学技术的迅猛发展， 各个领域对温度控制系统的精度、 稳定性等要求越来越高， 控制系统也千变万化，温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应 过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。对于不同生产情况和工 艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。采用单片机进行 炉温控制，可大大地提高控制质量和自动化水平， 具有良好的经济效益和推广价值。 本文主要介绍了利用 AT89C51为主控制电路实现的炉温调节控制系统，详细阐述了系 统的功能，硬件组成以及软件设计，利用热电偶采集温度信号经 A/D 转换器转化后与给定 信号送入微机系统，系

2、统分析控制算法，信号再经 D/A 转换后控制调节可控硅控制器来改 变炉内的温度。 关键字：关键字：温度控制 自动化 单片机 转换器 2 温度控制系统设计 1 设计任务及分析 1.1 设计任务和要求 被控对象为电炉，采用热阻丝加热，利用大功率可控硅控制器控制热阻丝两端所加的电 压大小，来改变流经热阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。可控硅控制器输入为 05 伏时对应电炉温度 0300，温度传感器测量值对应也为 05 伏，对象的特性为积分加 惯性系统，惯性时间常数为 T140 秒。 要求完成的主要任务： 1）设计温度控制系统的计算机硬件系统，画出框图； 2）编写积分分离 PID 算法程序，从键盘接

3、受 Kp、Ti、Td、T 及的值； 3）计算机仿真被控对象，编写仿真程序； 4）通过数据分析 Kp 改变时对系统超调量的影响。 5）撰写设计说明书。 1.2 系统的分析 该系统利用单片机可以方便地实现对 PID 参数的选择与设定，实现工业过程中 PID 控 制。它采用温度传感器热电偶将检测到的实际炉温进行 A/D 转换，再送入计算机中，与设 定值进行比较，得出偏差。对此偏差按 PID 规律进行调整，得出对应的控制量来控制驱动 电路，调节电炉的加热功率，从而实现对炉温的控制。利用单片机实现温度智能控制，能 自动完成数据采集、处理、转换、并进行 PID 控制和键盘终端处理（各参数数值的修正） 及显

4、示。在设计中应该注意，采样周期不能太短，否则会使调节过程过于频繁，这样，不 但执行机构不能反应，而且计算机的利用率也大为降低；采样周期不能太长， 否则会使 干扰无法及时消除，使调节品质下降。 3 2 方案比较及论证 用温度传感器来检测炉的温度，将炉温转变成毫伏级的电压信号，经温度变送器放大 并转换成电流信号。由电阻网络讲电流信号变成电压信号，送入A/D转换器，通过采样和 模数转换，所检测到的电压信号和炉温给定值的电压信号送入计算机程序中作比较，得出 给定值与实际值之间的偏差，并与进行比较，从而确定算法。计算得到的控制量输出给 可控硅控制器，改变可控硅的导通角，达到调压的目的，是电阻丝两端的电压增大或较小， 进而实现对炉温的控制。 方案一：热电偶温度自动控制系统。 方案二：数字温度传感器温度控制系统。 这两个方案都是采用单片机控制，两个方案的比较部分为温度检测部分。 方案一温度检测部分检测部分采用热电偶，它需要冷端补偿电路与其配套，并且热电 偶输出电压只有几毫负，必须经过放大处理才能A/D转换和D/A转换器接口，若采用8位A/D 转换器，ADC0809则输人端需