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电子信息与电气工程系
课程设计报告
设计题目：基于PID算法的温度控制
系别：电子信息与电气工程系
年级专业：08级自动化（1）班
学号：0805070029
学生XX：X飞飞
指导教师：丁健
2011年6 月12日
摘要
电阻炉在冶金工业中的运用相当广泛,其温度参数在生产过程中的自动控制系统也随着微机单片机可控硅技术在工业控制领域的推广、应用,正朝着高精度、高稳定性、高智能化的方向发展。电阻加热炉是典型的工业过程控制对象。其温度控制具有升温单向性、大惯性、大滞后、时变性等特点，且其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。
温度是工业对象中主要的被控参数之一。尤其是在冶金、化工、机械各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。由于炉子的种类不同，所采用的加热方法及燃料也不相同，如煤气、天然气等。但就控制系统本身的动态特性而言，均属于一阶纯滞后环节，在控制算法上基本相同，可采用PID控制或其他纯滞后补偿算法。但对于电阻加热炉来说，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模型和确定参数。而传统PID控制是一种建立在经典控制理论基础上的控制策略，其设计依赖于被控对象的数学模型，因此对于加热炉这类控制对象采用传统PID的控制方案很难达到理想的控制效果。
为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度，节约能源，对加热用的各种电炉要求在一定条件下保持恒温，不能随电源电压波动或炉内物体而变化，或者有的电炉的炉温根据工艺要求按照某个指定的升温或保温规律而变化等等。
因此，在工农业生产或科学实验中常常对温度不仅要不断地测量，而且要进行控制。在电阻炉温度控制系统的设计中，应尽量考虑到如何有效地避免各种干扰因素而采用一个较好的控制方案，选择合适芯片及控制算法是非常有必要的本设计要用单片机设计一个电阻炉温度控制系统。
关键词：控制系统PID控制算法炉温控制
一、总体方案设计
设计任务：用一台计算机及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，并使系统达到工艺要求的性能指标。
二、硬件的设计和实现
1、计算机机型：MCS—51 8031（不包含ROM、EPROM）
系统总线：PC总线
2、设计支持计算机工作的外围电路
矩阵键盘技术：
图2-1用8255接口的4×8键盘矩阵
图2-1为4×8矩阵组成的32键盘与微机接口电路。图中8255端口C为行扫描口，工作于输出方式，端口A工作于输入方式，用来读入列值。图中I/O口地址必须满足
___
CE=0，才能选中相应的寄存器。在每一行与列的交叉点接一个按键，故4×8共32个键。
温度输出显示技术：
LED静态显示接口技术，所谓静态显示,即CPU输出显示值后,由硬件保存输出值,保持显示结果.
图2-2用锁存器连接的6位静态显示电路
图2-2为6位BCD码静态显示电路原理图。图中74LS244为总线驱动器，6位数字显示共用同一组总线，每个LED显示器均配有一个锁存器（74LS377），用来锁存待显示的数据。当被显示的数据从数据总线经74LS244传送到各锁存器的输入端后，到底哪一个锁存器选通，取决于地址译码器74LS138各输出位的状态。总线驱动器74LS244由IOW和A9控制，当IOW和A9同时为低电平时，74LS244打开，将数据总线上的数据传送到各个显示器的锁存器74LS377上。
特点:占用机时少,显示可靠.但使用元件多,且线路复杂、成本高。
报警电路设计：
正常运行时绿灯亮，在保温阶段炉内温度超出系统允差X围，就要进行报警。报警时报警红灯亮，电笛响，同时发送中断信号至CPU进行处理。如图2-3
图2-3加热炉报警系统图
3、设计输入输出通道
输入通道：因为所控的实际温度在50 ～350℃，即（350－50）＝300所以选用8位A/D转换器，其分辨率约为1.5℃/字，再加放大器偏置措施实现。（通过调整放大器的零点来实现偏置）这里采用一般中速芯片ADC0809。ADC0809是带有8位A/D转换器，8路多路开关以及微型计算机兼容的控制逻辑的CMOS组件，其转换方法为逐次逼近型。8路的模拟开关由地址锁存器和译码器控制，可以在8个通道中任意访问一个通道的模拟信号。这种器件无需进行零位和满量程调整。由于多路开关的地址输入部分能够进行锁存和译码，而且其三态TTL输出也可以锁存，所以它易于与微型计算机接口。其具有较高的转换速度和精度，受温度影响较小，能较长时间保证精度，重现性好，功耗较低，故用于过程控制是比较理想的器件。
图2-4ADC0809应用接线图
4、元器件的选择
传感器的选择：铂铑10—铂热电偶，S型，正极性，量程0—1300℃，使用温度小于等于600℃，允差±1.5℃。
执行元件的选择：电阻加热炉采用晶闸管（SCR）来做规律控制，结合电阻炉的具体要求，为了减少炉温的纹波，对输出通道采用较高的分辨率的方案，因此采用移相触发方式，并且由模拟触发器实现移相触发。
变送器的选择：因为系统要求有偏置，又需要对热电偶进行冷端补偿，所以采用常规的DDZ系列温度变送器。
控制元件：采用双向可控硅进行控制，其功能相当于两个单向可控硅反向连接，具有双向导通功能，其通断状态有控制极G决定。在控制极加上脉冲可使其正向或反向导通。
目录 一、系统设计方案的研究 (2) （一）系统的控制特点与性能要求 (2) 1.系统控制结构组成 (2) 2.系统的性能特点 (3) 3.系统的设计原理 (3) 二、系统的结构设计 (4) （一）电源电路的设计 (4) （二）相对湿度电路的设计 (6) 1.相对湿度检测电路的原理及结构图 (6) 3.对数放大器及相对湿度校正电路 (7) 3.断点放大器 (8) 4.温度补偿电路 (8) 5.相对湿度检测电路的调试 (9) （三）转换模块的设计 (9) 1.模数转换器接受 (9) 2.A/D转换器ICL7135 (9) （四）处理器模块的设计 (11) 1.单片机AT89C51简介及应用 (11) 2.单片机与ICL7135接口 (14) 3.处理器的功能 (15) 4.CPU 监控电路 (15) （五）湿度的调节模块设计 (15) 1.湿度调节的原理 (15) 2.湿度调节的结构框图 (16) 3.湿度调节硬件结构图 (16) 4.湿度调节原理实现 (16) （六）显示模块设计 (17) 1.LED显示器的介绍 (17) 2.单片机与LED接口 (17) （七）按键模块的设计 (18) 1.键盘接口工作原理 (18) 2.单片机与键盘接口 (19) 3.按键产生抖动原因及解决方案 (19) 4.窜键的处理 (19) 三、软件的设计及实现 (19) （一）程序设计及其流程图 (20) （二）程序流程图说明 (21) 四、致谢 (22) 参考文献： (22)
智能温度控制系统设计 摘要: 此系统采用了精密的检测电路（包刮精密对称方波发生器、对数放大及半波整流、温度补偿及温度自动校正及滤波电路等几部分电路组成），能够自动、准确检测环境空气的相对湿度,并将检测数据通过A/D转换后，送到处理器（AT89C51）中，然后通过软件的编程，将当前环境的相对湿度值转换为十进制数字后，再通过数码管来显示；而且，通过软件编程，再加上相应的控制电路（光电耦合及继电器等部分电路组成），设计出可以自动的调节当前环境的相对湿度：当室内空气湿度过高时，控制系统自动启动抽风机，减少室内空气中的水蒸气，以达到降低空气湿度的目的；当室内空气湿度过低时，控制系统自动启动蒸汽机，增加空气的水蒸气，以达到增加湿度的目的，使空气湿度保持在理想的状态；键盘设置及调整湿度的初始值，另外在设计个过程当中，考虑了处理器抗干扰，加入了单片机监视电路。 关键词： 湿度检测; 对数放大; 湿度调节; 温度补偿 一、系统设计方案的研究 （一）系统的控制特点与性能要求 1.系统控制结构组成 （1）湿度检测电路。用于检测空气的湿度[9]。 （2）微控制器。采用ATMEL公司的89C51单片机，作为主控制器。 （3）电源温压电路。用于对输入的200V交流电压进行变压、整流。 （4）键盘输入电路。用于设定初始值等。 （5）LED显示电路。用于显示湿度[10]。 （6）功率驱动电路（湿度调节电路）
计算机控制课程设计 报告 设计题目：电阻炉温度控制系统设计 年级专业：09级测控技术与仪器 化工、机械、食品等领域。温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量。因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本设计就是利用单片机来控制高温加热炉的温度，传统的以普通双向晶闸管（SCR）控制的高温电加热炉采用移相触发电路改变晶闸管导通角的大小来调节输出功率，达到自动控制电加热炉温度的目的。这种移相方式输出一种非正弦波，实践表明这种控制方式产
生相当大的中频干扰，并通过电网传输，给电力系统造成“公害”。采用固态继电器控温电路，通过单片机控制固态继电器，其波形为完整的正弦波，是一种稳定、可靠、较先进的控制方法。为了降低成本和保证较高的控温精度，采用普通的ADC0809芯片和具有零点迁移、冷端补偿功能的温度变送器桥路，使实际测温范围缩小。 1.1电阻炉组成及其加热方式 电阻炉是工业炉的一种，是利用电流通过电热体元件将电能转化为热能来加热或者熔化元件或物料的热加工设备。电阻炉由炉体、电气控制系统和辅助系统组成，炉体由炉壳、加热器、炉衬（包括隔热屏）等部件组成。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;由于工艺不同，所要求的温度高低不同，因而所采用的测温元件和测温方法也不同;产品工艺不同，对控温精度要求不同，因而控制系统的组成也不相同。电气控制系统包括主机与外围电路、仪表显示等。辅助系统通常指传动系统、真空系统、冷却系统等，因炉种的不同而各异。电阻炉的类型根据其热量产生的方式不同，可分为间接加热式和直接加热式两大类。间接加热式电阻炉，就是在炉子内部有专用的电阻材料制作的加热元件， （4）电阻炉温度按预定的规律变化，超调量应尽可能小，且具有良好的稳定性; （5）具有温度、曲线自动显示和打印功能，显示精度为±1℃; （6）具有报警、参数设定、温度曲线修改设置等功能。
吉林建筑大学城建学院课程设计报告 题目名称加热炉出口温度控制系统设计院（系）电气工程及其自动化 课程名称过程控制工程课程设计 班级电气13-1 学号 学生姓名 指导教师 起止日期2016.6.20-2016.7.1 成绩
目录 摘要 (Ⅰ) ABSTRACT (Ⅱ) 第1章绪论 (1) 1.1 设计目的 (1) 1.2 设计任务 (1) 1.3加热炉温度控制系统简介 (1) 1.4加热炉温度控制系统的发展 (2) 第2章对象模型建立 (4) 2．1 建立数学模型 (4) 2．2控制系统分析 (5) 第3章系统设备选型 (6) 3.1 测量变送器和传感器的选择 (6) 3.2执行器的选择 (6) 3.3控制器的选择 (6) 第4章控制器参数整定及Simulink仿真 (9) 4.1控制器参数整定 (9) 4.2Simulink仿真 (11) 结论 (12) 致谢 (13) 参考文献 (14)
摘要 随着我国国民经济的快速发展，加热炉的使用范围越来越广泛。随着网络技术的发展和整个工厂完全实现两级自动化管理，在过程级上通过相应的终端了解任何一个设备或任何一个装置的控制情况以及生产情况。过程控制系统在加热炉系统中得到广泛的应用，它是加热炉控制系统的重要部分，是对以及控制系统的一个总领和扩充。现代加热炉的生产过程可以实现高度的过程控制，以保证在加热过程中温度的准确控制，这就为工业生产提供了有利条件。加热炉是工业生产中的一个重要装置，它的任务是把原料加热到一定温度，以保证下道工序的顺利进行。因此加热炉的温度控制起着举足轻重的作用。 关键词：加热炉；过程控制系统；温度控制
课程设计报告设计名称基于单片机的智能温控系统的设计与实现 学校陕西电子科技职业学院 学院电子工程学院 学生姓名王一飞 班级1507 指导教师聂弘颖 时间2017年10月23日
一、概述 随着嵌入式技术、计算机技术、通信技术的不断发展与成熟。控制系统以其直观、方便、准确、适用广泛而被越来越广泛地应用于工业过程、空调系统、智能楼宇等。恒温控制系统，控制对象是温度。温度控制在日常生活及工作领域应用的相当广泛，比如温室、水池、发酵缸、电源等场所的温度控制，而以往温度控制是由人工完成的而且不够重视，其实在很多场所温度都需要监控以防止发生意外。针对此问题，本系统设计的目的是实现一种可连续高精度调温的温度控制系统，它应用广泛，功能强大，小巧美观，便于携带，是一款既实用又廉价的控制系统。 本项目设计是对温度进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：被控温度范围可以调整，初始范围25<=T<=35。如果被测温度在25度到35度之间，则既不加热，又不报警；如果被测温度小于25度，则既加热，又报警；如果被测温度大于35度，则报警，不加热。 数码管显示温度，温度精确到整数。 二、方案设计 采用单片机+单总线DS18B20的方案，其中单片机采用51兼容系列 三、详细硬件设计及原件介绍 3.1 单片机最小系统 在基于单片机的应用系统中，其核心是单片机的最小系统，而单片机又是最小系统的核心，为了方便起见，采用的单片机型号是：STC89C52RC,内部资源有：8KB FLASH ,512B SRAM,4个8位I/O,2个TC,1个UART，带ISP和IAP功能。是近年来流行的低端51单片机。时钟电路采用12.0M晶体，复位电路采用简单的RC复位电路。R=10K,C=10uF，详细电路见总体原理图 3.2 DS18B20简介 DS18B20是采用“1-wire”一线总线传输数据的集成温度传感器，信息经过单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出，因此从中央处理器到DS18B20仅需连接一条线。可采用外部电源供电，也可采用总线供电方式，此时，把VDD连接在一起作为数字电源。 因为每一个DS18B20有唯一的系列号（silicon serial number）,因此多个DS18B20可以存在于同一条单线总线上，这允许在许多地方放置温度灵敏器件。此特性的应用范围包括HVAC环境控制，建筑物、设备或机械内的温度检测。 3.2 DS18B20与单片机接口
湖南理工学院南湖学院 课程设计 题目：电加热炉温度控制系统设计专业:机械电子工程 组名：第三组 班级：机电班 组成员:彭江林、谢超、薛文熙
目录 1 意义与要求 (2) 1.1 实际意义 (2) 1.2 技术要求 (2) 2 设计内容及步骤 (2) 2.1 方案设计 (2) 2.2 详细设计 (3) 2.2.1 主要硬件介绍 (3) 2.2.2 电路设计方法 (4) 2.2.3 绘制流程图 (7) 2.2.4 程序设计 (8) 2.3 调试和仿真 (8) 3 结果分析 (9) 4 课程设计心得体会 (10) 参考文献 (10) 附录............................................................ 10-27
1 意义与要求 1.1 实际意义 在现实生活当中，很多场合需要对温度进行智能控制，日常生活中最常见的要算空调和冰箱了，他们都能根据环境实时情况，结合人为的设定，对温度进行智能控制。工业生产中的电加热炉温度监控系统和培养基的温度监控系统都是计算机控制系统的典型应用。通过这次课程设计，我们将自己动手设计一个小型的计算机控制系统，目的在于将理论结合实践以加深我们对课本知识的理解。 1.2 技术要求 要求利用所学过的知识设计一个温度控制系统，并用软件仿真。功能要求如下： （1）能够利用温度传感器检测环境中的实时温度； （2）能对所要求的温度进行设定； （3）将传感器检测到得实时温度与设定值相比较，当环境中的温度高于或低于所设定的温度时，系统会自动做出相应的动作来改变这一状况，使系统温度始终保持在设定的温度值。 2 设计内容及步骤 2.1 方案设计 要想达到技术要求的内容，少不了以下几种器件：单片机、温度传感器、LCD显示屏、直流电动机等。其中单片机用作主控制器，控制其他器件的工作和处理数据；温度传感器用来检测环境中的实时温度，并将检测值送到单片机中进行数值对比；LCD显示屏用来显示温度、时间的数字值；直流电动机用来表示电加热炉的工作情况，转动表示电加热炉通电加热，停止转动表示电加热炉断
高温箱式电阻炉温度控制器介绍 本章主要介绍电阻炉温度过程控制中，常用的位控、晶闸管调节器及变压器等几种控制方法，并对计算机和可编程控制器在电阻炉控制系统中的应用、PID控制原理也作了简单介绍。 电阻炉的温度控制，就是根据实际温度与设定温度的偏差，改变炉子的加热功率，使炉子温度在设定温度范围之内，满足加热工艺要求。加热功率的大小决定了炉子温度的高低和升温速度的快慢，加热功率的稳定性决定了宏达炉业电阻炉温度的稳定性。改变加热功率的方法很多，常见的有位式、晶闸管调节器和电炉变压器控制方式等，采用何种加热方式由炉子的结构、用途和温度的高低决定。 电阻炉的温度控制无论采用哪种控制方式，其控制过程基本是相同的，总是包括温度测量、温度控制器、加热驱动部件、电热元件以及辅助电路等 (1)温度测量。电阻炉的温度测量通常采用热电偶温度传感器和光电高温计，一般情况下采用热电偶进行接触式侧量，当温度较高时则必须选用辐射型光电测温计进行非接触时测量。 (2)温度控制器。温度控制器也就是常说的温度控制仪表，其作用是一方面显示温度传感器或变送器送来的温度信号;另一方面把测量的温度值与设定值进行比较，输出温度控制信号。在电阻炉温度控制中，如果控制精度要求不高，可采用模拟位控温度控制器，否则采用数字式智能温度控制仪表，目前后者应用较多。 (3)加热驱动部件。加热驱动部件起着功率放大的作用，把温度控制信号的变化转换为加热功率的变化，给电热元件加热，达到改变炉子温度的目的。加热驱动部件是影响温度控制方式的主要因素之一，常用的有接触器、固态继电器、晶闸管调节器以及变压器等。 (4)电热元件。电热元件是把电能转化为热能的部件，主要有非金属、金属合金及纯金属三种类型。 (5)辅助电路。辅助电路是指除加热主电路以外的电路，包括辅助装置的动作、工作状态的指示以及安全互锁保护等。
基于单片机的智能温控系统的设计与实现 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
课程设计报告设计名称基于单片机的智能温控系统的设计与实现 学校陕西电子科技职业学院 学院电子工程学院 学生姓名王一飞 班级1507 指导教师聂弘颖 时间2017年10月23日
一、概述 随着嵌入式技术、计算机技术、通信技术的不断发展与成熟。控制系统以其直观、方便、准确、适用广泛而被越来越广泛地应用于工业过程、空调系统、智能楼宇等。恒温控制系统，控制对象是温度。温度控制在日常生活及工作领域应用的相当广泛，比如温室、水池、发酵缸、电源等场所的温度控制，而以往温度控制是由人工完成的而且不够重视，其实在很多场所温度都需要监控以防止发生意外。针对此问题，本系统设计的目的是实现一种可连续高精度调温的温度控制系统，它应用广泛，功能强大，小巧美观，便于携带，是一款既实用又廉价的控制系统。 本项目设计是对温度进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：被控温度范围可以调整，初始范围25<=T<=35。如果被测温度在25度到35度之间，则既不加热，又不报警；如果被测温度小于25度，则既加热，又报警；如果被测温度大于35度，则报警，不加热。 数码管显示温度，温度精确到整数。 二、方案设计 采用单片机+单总线DS18B20的方案，其中单片机采用51兼容系列 三、详细硬件设计及原件介绍 单片机最小系统 在基于单片机的应用系统中，其核心是单片机的最小系统，而单片机又是最小系统的核心，为了方便起见，采用的单片机型号是：STC89C52RC,内部资源有：8KB FLASH ,512B SRAM,4个8位I/O,2个TC,1个UART，带ISP和IAP功能。是近年来流行的低端51单片机。时钟电路采用晶体，复位电路采用简单的RC复位电路。 R=10K,C=10uF，详细电路见总体原理图
北华大学 过程控制实习 实习题目：电阻炉温度控制系统 班级学号：_________________________ 姓名：_________________________ 专业名称：_________________________ 指导教师：_________________________ 2014年3月24日
前言 在大二的课程里我们学习了自动控制系统、过程控制工程及工业自动化仪表等课程。我们学习到了许多关于自动控制方面的理论知识，但实践是检验一切真理的标准，只有真真正正的将理论与实践相结合。用理论来指导实践，用实践来检验并完善理论。为了使提高我们的动手能力及理论相结合的能力，学校组织了为期三周的关于电阻炉温度控制系统的生产实习。 生产实习为期三周，分为两阶段。第一阶段为第一周，在这一周里，我们要了解温度控制系统所用到的仪器仪表及理论知识，学习使用组态王这一生产模拟软件并用它将温度控制系统的整个控制过程做成动态模拟动画。第二阶段为第二、第三两周，在这段时间里，我们需要学会PID自整定控制仪、无纸记录仪及可控硅三相调功器的功能、使用方法以及校准。画出整个系统的电气原理图及仪器仪表的电路接线图。利用4:1衰减曲线法来调节PID的控制参数，以实现无偏差控制的控制目标。经过三周的生产实习能够更好的做到学以致用，将理论实际相结合，用理论来指导实践，用实践来完善理论。
目录 第一部分系统简介及工艺流程 (1) 1.1系统简介 (1) 1.2双向可控硅 (2) 1.3三相电阻炉 (3) 1.4K型热电偶 (5) 1.5温度变送器 (9) 1.6无纸记录仪 (10) 1.7工艺流程图 (13) 第二部分零点调整及量程调整 (14) 2.1零点调整 (14) 2.2量程调整 (18) 第三部分静态特性及动态特性 (18) 3.1静态特性及动态特性的定义 (18) 3.2实验步骤 (19) 3.3PID的参数整定口诀 (20) 3.4积分饱和问题 (20) 第四部分参数整定及投运 (22) 4.1在纯比例作用的参数整定 (22) 4.2在比例积分作用下的参数整定 (24) 4.3比例积分微分的参数整定 (25) 4.4系统的投运 (26) 第五部分组态王软件的应用 (27) 5.1组态王软件的简介 (27) 心得体会 (28) 参考文献 (30) 附录一 (31) 附录二 (32) 附录三 (33) 附录四 (34)
电炉温度控制系统设计
摘要 热处理是提高金属材料及其制品质量的重要技术手段。近年来随工业的发展， 对金属材料的性能提出了更多更高的要求，因而热处理技术也向着优质、高效、节能、无公害方向发展。电阻炉是热处理生产中应用最广泛的加热设备，加热时恒温过程的测量与控制成为了关键技术，促使人们更加积极地研制热加工工业过程的温度控制器。 此设计针对处理电阻炉炉温控制系统，设计了温度检测和恒温控制系统，实现了基本控制、数据采样、实时显示温度控制器运行状态。控制器采用51 单片机作为处理器，该温度控制器具有自动检测、数据实时采集处理及控制结果显示等功能，控制的稳定性和精度上均能达到要求。满足了本次设计的技术要求。 关键词：电阻炉，温度测量与控制，单片机
目录 一、绪论 ....................................................................................................... - 1 - 1.1 选题背景........................................................................................ - 1 - 1.2 电阻炉国发展动态........................................................................... - 1 - 1.3 设计主要容 .................................................................................... - 2 - 二、温度测量系统的设计要求........................................................................... - 3 - 2.1 设计任务......................................................................................... - 3 - 2.2 系统的技术参数................................................................................ - 3 - 2.3 操作功能设计................................................................................... - 4 - 三、系统硬件设计........................................................................................... - 5 - 3.1 CPU选型........................................................................................ - 5 - 3.2 温度检测电路设计.............................................................................. - 6 - 3.2.1 温度传感器的选择..................................................................... - 6 - 3.2.1.1热电偶的测温原理 ......................................................... - 7 - 3.2.1.2 热电偶的温度补偿......................................................... - 7 - 3.2.2 炉温数据采集电路的设计.......................................................... - 8 - 3.2.2.1 MAX6675芯片.......................................................... - 8 - 3.2.2.2 MAX6675的测温原理................................................. - 9 - 3.2.2.3 MAX6675 与单片机的连接.......................................... - 10 - 3.3 输入/输出接口设计......................................................................... - 10 - 3.4 保温定时电路设计 .......................................................................... - 13 - 3.4.1 DS1302 与单片机的连接....................................................... - 13 - 3.5 温度控制电路设计............................................................................ - 14 - 系统硬件电路图...................................................................................... - 17 - 四、系统软件设计......................................................................................... - 19 - 4.1 软件总体设计 .................................................................................. - 19 - 4.2 主程序设计 ..................................................................................... - 19 - 4.3 温度检测及处理程序设计................................................................... - 20 - 4.4 按键检测程序设计............................................................................ - 23 - 4.5 显示程序设计 .................................................................................. - 25 - 4.6 输出程序设计 .................................................................................. - 27 - 4.7中值滤波 ......................................................................................... - 28 - 五、结论 ..................................................................................................... - 30 - 参考文献 ..................................................................................................... - 31 -
基于PID的炉温控制系统 摘要:在科学实验中,温度是极为普遍又极为重要的热工参数之一。为了保证科学实验正常安全的进行，提高实验的精确性，介绍了用AT89S51单片机为主要元件组成的 控制系统，并给出了部分硬件图、控制算法和软件流程图。 关键词：PID；炉温控制 1引言 电阻炉是一种利用电流通过电热元件产生的热量加热工件的热处理设备具有结构简单操作简便价格低廉等特点广泛用于工业中，而温度是工业对象中主要的被控参数之一。在冶金、化工、机械、火工、食品等各类工业中,广泛使用各种加热炉、烘箱、恒温箱等,它们均需对温度进行精确的控制。 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。本文以加热炉为具体对象介绍温度控制系统的设计方法。该系统是以AT89S51为核心建立起来的一个温度测量控制系统，加热炉的被控温度为0~500℃，精度：±0.5°C，显示分辨率0.2°C。通过单片机显示温度值。显示：000.0。 本文介绍炉温控制系统的设计。 图1 温控系统组成 1 硬件系统 本系统的硬件电路包括：过零触发电路、温度检测电路、双向可控硅触发电路。电炉一般采用电阻丝作为加热元件，系统中温度传感器采用PT100。炉体的加热通过加热电热丝的方法来实现。工频220V电压被电阻分压后，经过运放输出得到幅值为10V的正弦电压，此电压的频率与工频电压频率相同，为50HZ。经过芯片MC14528，正弦波整形为脉宽为2~3ms、周期为10ms的方波。方波信号触发双向晶闸管导通，从而实现加热丝加热回路的导通，使加热丝正常工作加热炉体，电路如图2。 由图2可以看到LM311电压比较器将50HZ的正弦交流电压变成方波，得到的电压为10V。方波的正跳沿和负跳沿作为单稳态触发器的输入信号，从单稳态触发器输出220v过零同步脉冲。MC14528在Q1、Q2脚输出同步脉冲，脉冲的宽度为2~3ms ，Q1、Q2输出脉冲通过或门后，输出的方波信号变成可以触发双向可控硅的窄脉冲信号。此信号进过光电隔离器MOC3061/3021，便可以触发双向可控硅。此信号经单片机控制信号控制后，可以任意控制可控硅的导通关断，从而控制加热炉的开断。
合肥工业大学 《计算机控制技术》课程设计 ——电阻炉温度控制系统设计 学院专业 姓名 学号_______ ________ _ 完成时间
摘要：电阻炉的类型根据其热量产生的方式不同，可分为间接加热式和直接加热式两大类。间接加热式电阻炉，就是在炉子内部有专用的电阻材料制作的加热元件，电流通过加热元件时产生热量，再通过热的传导、对流、辐射而使放置在炉中的炉料被加热。直接加热式电阻炉，是将电源直接接在所需加热的材料上，让强大的电流直接流过所需加热的材料，使材料本身发热从而达到加热的效果。工业电阻炉，大部分采用间接加热式，只有一小部分采用直接加热式。由于电阻炉具有热效率高、热量损失小、加热方式简单、温度场分布均匀、环保等优点，应用十分广泛。 关键词：炉温控制；高效率；加热 一、总体方案设计 本次课程设计主要就是使用计算机以及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，从而使系统达到工艺要求的性能指标。 1、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，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220V交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。 2、工艺要求及要求实现的基本功能 本系统中所选用的加热炉为间接加热式电阻炉，控制要求为采用一台主机控制8个同样规格的电阻炉温度；电炉额定功率为20 kW；）恒温正常工作温度为1000℃，控温精度为±1%；电阻炉温度按预定的规律变化，超调量应尽可能小，且具有良好的稳定性；具有温度、曲线自动显示和打印功能，显示精度为±1℃；具有报警、参数设定、温度曲线修改设置等功能。 3、控制系统整体设计 电阻炉温度计算机控制系统主要由主机、温度检测装置、A/D转换器、执行机构及辅助电路组成。系统中主机可以选用工业控制计算机、单片微型计算机或可编程序控制器中的一种作为控制器，再根据系统控制要求，选择一种合理的控制算法对电阻炉温度进行控制。控制系统组成框图如图11-1所示。采用热电偶
西安邮电大学 专业课程设计报告书 系部名称：光电子技术系 学生姓名： 专业名称： 班级：光电 实习时间：2013年6月3日至2013年6月14日
基于物联网的无线温度监控系统 【一】项目需求分析 承温度、湿度和人类的生产、生活有着密切的关系，同时也是工业生产中最常见最基本的工艺参数，例如机械、电子、石油、化工等各类工业中广泛需要对温度湿度的检测与控制。并且随着人们生活水平的提高，人们对自己的生存环境越来越关注。而空气中温湿度的变化与人体的舒适度和情绪都有直接的影响，所以对温度湿度的检测及控制就非常有必要了。温度是物联系统中一个十分重要的物理量，对它的测量与控制有十分重要的意义。随着各类物联网的监控日益改善，各类器件的温度控制有了更高的要求，为了满足人们对温度监控与控制，本文设计了物联网家居系统中基于单片机的无线温度监控系统。随着信息科学与微电子技术的发展，温度的监控可以利用现代技术使其实现自动化和智能化。本次设计要求利用单片机及zibbee无线传输模块实现无线温度监测系统，实现温控范围调节及其超温范围报警 【二】实施方案及本人担的工作 1 .系统总体方案描述 系统设计分为2个部分，第一个部分实现温度的检测、显示和发送，第二个部分为数据的接收和显示。第一个设计模块中，利用单片机STC89C52控制温度传感器DS18B20定点检测和处理温度数据，并将当前温度显示在数码管上，接着单片机将采集的温度数据发送给单片机，再通过单片机控制，并将对接收到的温度数据进行一定的转换和处理，然后存放在寄存器中，等待下一步处理，再经过无线发送无线zigbee模块将显示的数据打包发送给第二个模块。第二个设计模块中，同样利用STC89C52单片机作为控制主体，先控制zigbee无线接收模块接收第一个模块发送的数据，然后将接收到数据在上位机上显示，整个过程就是这样。 2. 系统硬件构成 系统硬件方面主要由单片机最小系统，温度传感器DS18B20，4位共阳极数码管，还有zigbee无线收发模块,上位机显示模块组成，目的在于实现温度的准确检测和无线收发所检测的温度数据。 3.单片机最小系统设计 单片机最小系统的设计主要有五个部分组成，电源电路，复位电路，晶振电路，串口电路和控制主体的STC89C52单片机。 电源电路由一个六脚的按键开关，一个1K的电阻，一个10uF的极性电容和一个显示电路供电状态的发光二极管组成。开关为了适应各种情况下能够方便供电，开关外接有一个USB接口和一个DC-5V的标准电源接口作为供电设备使用。除此之外还设计了一个外接电源接口。电源电路如图2所示。
引言 前言：电阻炉在国民经济中有着广泛的应用，而大功率的电阻炉则应用在各种工业生产过程中。然而，大多数电阻炉存在着各种干扰因素。一直以来，人们采用了各种方法来进行温度控制，都没有取得很好的控制效果。起先由于电阻炉的发热体为电阻丝，传统方法大多采用仪表测量温度，并通过控制交流接触器的通断时间比例来控制加热功率。电阻炉微机自动程序温度控制系统就是通过单片机对加热炉的升、降温速率和保温时间进行严格控制的装置，它将温度变送、显示和数字控制集于一体，以微机控制为基础，以A/D转换器为核心，并配以适当的外围接口电路，实现对电阻炉温度自动控制。 摘要：自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。 1.电加热炉温度控制系统的特性 温控系统主要由温度传感器、温度调节仪、执行装置、被控对象四个部分组成，其系统结构图如图1.1所示。 图1.1 被控制对象是大容量、大惯性的电热炉温度对象，是典型的多阶容积迟后特性，在工程上往往近似为包含有纯滞后的二阶容积迟后；由于被控对象电容量大，通常采用可控硅作调节器的执行器，其具体的电路图如图1.2所示。如图1.3
所示，设周期T c 内导通的周期的波数为n，每个周波的周期为T，则调功器的输 出功率为P=n×T×P n /T c ，P n 为设定周期T c 内电压全通过时候装置的输出功率。 图1.2 图1.3 执行器的特性：电炉的温度调节是通过调节剂(供电能源)的断续作用，改变 电炉丝闭合时间T b 与断开时间T k 的比值α,α=T b /T k 。 调节加热炉的温度，在工业上是通过在设定周期范围内，将电路接通几个周波，然后断开几个周波，改变晶闸管在设定周期内通断时间的比例，来调节负载两端交流平均电压即负载功率，这就是通常所说的调功器或周波控制器；调功器是在电源电压过零时触发晶闸管是导通的，所以负载上得到的是完整的正弦波，调节的只是设定周期T c 内导通的电压周波。 2.电炉的电加热原理及方式 当电流在导体中流过时，因为任何导体均存在电阻，电能即在导体中形成损耗，转换为热能，按焦耳楞次定律：Q＝0．2412Rt，Q代表热能，单位卡；I代表电流，单位安9；R代表电阻，单位欧姆；t代表时间，单位秒。 按上式推算，当1千瓦小时的电能，全部转换为热能时Q＝(0．24×1000×36000)／1000=864千卡。 在电热技术上按l千瓦小时＝860千卡计算。电炉在结构上是使电能转换为热能的设备，它能有效地用来加热指定的工件，并保持高的效率。 电阻炉按热量产生的方法不同，可分为间接加热式和直接加热式二大类。间接加热式电阻炉、就是在炉子内部有专用的电阻材料做的发热元件。电流通过加热元件时产生热量，再通过热的传导、对流、辐射而使放置在炉中的炉料被加热。
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
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KSY-6D-16电炉温度控制器
目录 一、用途 (2) 二、主要技术指标和参数 (2) 三、仪器结构 (2) 四、仪器使用及注意事项 (3) 五、仪器成套及技术文件 (3) 本仪器为精密、低温制冷仪器， 使用前请详阅说明书，谨慎操作！
一、产品简介 KSY-6D-16电炉温度控制器适用于以硅碳棒（管）加热型电炉，与镍铬——镍硅热电偶配套使用，可对电炉内的温度进行测量、显示、控制，并可使炉内的温度自动保持恒温。 设计新颖，控温精度高，性能稳定易操作。 控温仪表分为指针式A：数显式AS：智能式ASP:智能多段 二、技术指标 ★输入电压（V）：220 ★输出电压（V）：50-210 ★最高温度（℃）：1600 ★最大控制功率（KW）：6
One, product introduction KSY-6D-16furnace temperature controller applied to silicon carbon rod ( tube ) heating furnace, and Ni-Cr -- nickel-silicon thermocouple supporting the use of electric furnace, temperature measurement, display, control, and can make the temperature inside the oven to keep constant temperature automatically. Novel design, high precision of temperature control, stable performance and easy to operate. Temperature control instrument for pointer type A: digital display type AS: intelligent ASP: intelligent multi segment Two, technical indicators Of the input voltage ( V ):220 Of the output voltage ( V ):50-210 Of the maximum temperature ( c ):1600 Control of maximum power ( KW ):6
广西工业职业技术学院 设计说明书 课题名称：加热炉温度控制系统设计 姓名：吴雨冬 专业：过程控制 班级：自动化1031 起止日期 2011年12月 1日～2011年 12月30日指导教师：黎鸿坤
广西工业职业技术学院 设计说明书 题目：加热炉温度控制系统设计
目录 前言 (1) 第一章设计的目的及意义 (2) 第二章控制系统工艺流程及控制要求 (2) 2.1 生产工艺介绍 2.2 控制要求 第三章总体设计方案 (3) 3.1 系统控制方案 3.2 系统结构和控制流程图 第四章控制系统设计 (5) 4.1 系统控制参数确定 第五章控制仪表的选型和配置 (6) 5.1一体化温度变送器 5.2 DX2000型无纸记录仪 5.3 调节器 5.4 执行器 5.5 电/气阀门定位器ZPD-01 5.6 安全栅 5.7 配电器 5.8 薄膜气动调节阀ZMBS-16K 第六章联锁保护 (11) 第七章系统控制接线图 (12) 第八章收获和体会 (13) 参考文献
前言 在工业中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。其中温度控制也也越来越重要。在工业生产的很多领域中，人们都需要对环境中的温度进行控制。在石油工业中，加热炉尤为重要，加热炉应用非常明显。而对加热炉进行温度控制在整个工艺生产中的重要性尤为突出。
第一章设计的目的及意义 加热炉被广泛应用于工业生产和科学研究中。由于这类对象使用方便，可以通过调节输出功率来控制温度，进而得到较好的控制性能，故在冶金、机械、化工等领域中得到了广泛的应用。 在一些工业过程控制中,工业加热炉是关键部件,炉温控制精度及其工作稳定性已成为产品质量的决定性因素。对于工业控制过程,PID 调节器具有原理简单、使用方便、稳定可靠、无静差等优点,因此在控制理论和技术飞跃发展的今天,它在工业控制领域仍具有强大的生命力。 在产品的工艺加工过程中，温度有时对产品质量的影响很大，温度检测和控制是十分重要的，这就需要对加热介质的温度进行连续的测量和控制。 在冶金工业中，加热炉内的温度控制直接关系到所冶炼金属的产品质量的好坏，温度控制不好，将给企业带来不可弥补的损失。为此，可靠的温度的监控在工业中是十分必要的。
项目九电阻炉温度控制 项目内容： 在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。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。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。 温度采集采用热电偶，经过变送器后转换为电信号。经过A/D转换器ADC0809转变为数字量。 8031对温度的控制是通过D/A转换实现的。双向可控硅管和加热丝串接在交流220V、50Hz市电回路。在给定周期T内，8031只要改变可控硅管的接通时间即可改变加热丝的功率，以达到调节温度的目的。 通常，电阻炉炉温控制都采用偏差控制法。偏差控制的原理是先求出实测炉温对所需炉温的偏差值，然后对偏差值处理获得控制信号去调节电阻炉的加热功率，以实现对炉温的控制。在工业上，偏差控制又称PID控制，这是工业控制过程中应用最广泛的一种控制形式，一般都能收到令人满意的效果。
能力目标： 课题1 A-D转换接口技术 课题2 ADC0809的应用技术 课题3 D-A转换接口技术 课题4 TLC5615的应用技术 实践演练： 1．亲手设计调试电阻炉的温度，对炉温的采集，与预设值相比较，对偏差值处理获得控制信号去调节电阻炉的加热功率，以实现对炉温的控制。 2．动手设计采集A/D转换温度对电炉丝进行控制，从而实现温度的调节。 3．通过该项目的训练，提高学生的实际动手操作能力，养成学生的工程道德观念，建立工程敬业精神和团队合作精神。