计算机控制课程设计---电加热炉计算机温度控制系统设计

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1、目目 录录 引言引言 1 系统设计及其工作原理 1.1 设计内容 . 1 1.2 系统工作原理. 1 1.3 系统方案的确定.2 2 硬件设计 2.1 单片机连接电路 . 2 2.2 温度检测电路. 3 2.3.3 AD 转换电路 3 2. .4 LED 温度显示电路 . 4 2.5 按键和报警电路 . 5 2.6 加热控制电路部分 5 3 软件部分设计 3.1 周期采样程序. 6 3.2 数字滤波程序. 6 3.3 PID 程序. 7 3.4 总程序. 9 4 总结与心得体会.9 参考文献.10 附录11 1 引引 言言 温度是工业对象中一种重要的参数，特别在冶金、化工、机械各类工业中，广泛

2、使 用各种加热炉、热处理炉和反应炉等。由于炉子的种类不同，因此所采用的加热方法及燃料 也不同，如煤气、天然气、油和电等。但是就其控制系统本身的动态特性来说，基本上都属 一阶纯滞后环节， 因而在控制算法上亦基本相同。 实践证明， 用微型计算机对炉窑进行控制， 无论在提高产品质量和数量， 节约能源， 还是在改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。 1 系统设计及其工作原理系统设计及其工作原理 1.1 1.1 设计内容设计内容 某工业电炉在对产品进行加工的过程中， 炉温从室温上升到 1000应为 30min， 然后温 度保持到 1000，其时间为 1 小时。最后断电，使电炉自然冷却。电炉的加热源是热

3、阻丝， 利用大功率可控硅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。 炉温控制的基本原理是： 改变可控硅的导通角即改变电热炉加热丝两端的有效电压， 有 效电压可在 0140V 内变化。 温度传感器是通过一只热敏电阻及其放大电路组成， 温度越高 其输出电压越小。 外部 LED 灯的亮灭表示可控硅的导通与关断的占空比时间， 如果炉温低于 设定值则可控硅导通，系统加热，否则系统停止加热，炉温自然冷却到设定值。 设计要求为：一个以单片机为核心，包括主要过程输入输出通道及主要接口，外配 LED 显示、键盘操作以及包括传感变送器及执行器的小型计算机控制系统。 1.2

4、1.2 系统工作原理系统工作原理 该控制系统使用单片机作为微处理器，连接温度传感器、A/D 转换、温度控制电路，并 附加 LED 显示部分及键盘部分。 它可以实时地显示温度， 实现对温度的自动控制并设有报警 电路。还可以通过键盘对 PID 参数进行设置。 该控制系统使用热电阻测出电阻炉实际温度并转换成电压信号。此电压信号经过温度检 测电路 AD 转换电路转换成与炉温相对应的数字信号送入单片机，而单片机经过数据处理 后，控制显示部分显示温度。此外，将温度与设定值比较，根据设定计算出控制量，通过控 制电阻丝两端交流电压的通断时间比例来实现电阻丝发热量的控制。 2 1.3系统方案确定系统方案确定 图 1.系统结构图 单片机温度控制系统是以 MS51 单片机为控制核心， 辅以温度采样反馈电路， 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。系统的原理框图如图 1 所示，其 基本控制原理为：用键盘将温度的设定值送入单片机，启动运行后，通过信号采集电路将温 度信号采集到后， 送到 A / D 转换电路将信号转换成数字量送入单片机系统进行 PID 控制 运算，将控制量