基于单片机的对加热炉温度控制系统设计

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摘要随着科学技术和生产的快速发展，在生活中，温度成为了频繁出现的词汇。

温度测量与控制也成为了生活生产中重要的一部分。

在化工、石油、冶金等生产领域的物理过程和化学反应中，温度往往是一个很重要的量，需要准确地加以控制。

除了这些部门之外，温度控制系统还广泛应用于其他领域，是用途很广的一类工业控制系统。

本文所设计的电热水器温度控制系统就采用AT89C51单片机为控制核心，利用AT89C51现有的接口来连接外围硬件模块,并通过DS18B20温度传感器准确的检测出当前的温度、DS1302实时时钟芯片实现显示时间的功能，并将所测到的温度数据传送给单片机进行分析处理。

并由LCD1602液晶屏显示温度值及实时时间。

其中，系统软件设计中，分别预先设计好所需温度的上下限数值，并通过该上下限控制蜂鸣器的报警，再通过继电器的通断来决定电热丝是否加热，实现对温度的简单控制，达到预先设置范围内。

关键词：AT89C51单片机，温度控制，LCD显示AbstractWith the rapid development of science and technology and production, andin life, the temperature has become a frequently occurring words. Temperature measurement and control of production has also become an important part of life. Physical processes and chemical reactions in the chemical, petroleum, metallurgy and other production areas, the temperature is often a very important quantity that needs to be controlled accurately. In addition to these sectors, the temperature control system is also widely used in other areas, is a very versatile class of industrial control systems.In this paper, the design of the electric water heater temperature control system using AT89C51 microcontroller core, use AT89C51 existing interfaces to connect peripheral hardware module, and through DS18B20 temperature sensor accurately detects the current temperature, DS1302 real-time clock chip display function, and the measured temperature data to the microcontroller for analysis. By LCD1602 display and real-time temperature. Among them, the system software design, pre-designed upper and lower limit values were good the desired temperature, and through the upper and lower control buzzer alarm, and then through the relay off to determine whether the heating wire heating, simple control of the temperature reach the pre-set range.Keywords: AT89C51 microcontroller, temperature control, LCD display目录第一章绪论 (5)1.1引言 (5)1.2研究的背景及意义 (5)1.3本文的主要研究内容和研究对象 (6)第二章基于单片机的电热水器温度控制系统设计 (7)2.1电热水器控制系统功能说明 (7)2.2整体设计方案 (7)第三章系统硬件结构设计 (8)3.1系统整体设计线路图 (8)3.2最小系统介绍 (8)3.3温度采集电路方案 (11)3.4继电器控制电路 (15)3.5键盘电路 (15)3.6实时时钟电路 (16)3.7显示电路 (18)3.8 温度报警电路 (24)第四章系统软件设计 (25)4.1 编程软件及编程语言的介绍 (25)4.2主程序工作流程图 (25)4.3 各模块子程序流程图 (27)第五章系统的仿真 (28)5.1 仿真软件 (28)5.2 系统的仿真运行与分析 (29)第六章总结与展望 (31)参考文献 (32)致谢 (33)毕业设计小结 (34)附录 (35)附录一：电热水器温度控制系统电路图 (35)附录二：系统软件编程 (35)第一章绪论1.1引言热水器是一种可供浴室，洗手间及厨房使用的家用电器。

基于单片机 PID算法的电加热炉温度控制系统设计摘要：电加热炉的温度控制具有升温单向性，大惯性，时变性，纯滞后等特点，其控温过程存在非线性波动等问题。

本文采用AT89C51单片机基于PID算法设计了一种电加热温度控制系统。

仿真实验表明，本系统能够有效提高电加热炉温度控制的鲁棒性，符合新形势下对炉温调控的实际需求。

关键词：电加热炉；温度控制；单片机；PID算法1引言电加热炉在冶金、化工、机械等领域具备广泛的用途，但是它是一个多时变、存在物理耦合、本质非线性的复杂系统，传统的基于滞后反馈的控制律无法平衡炉温检测与炉温调控之间的时间同步关系，容易造成整个加热炉炉温调控系统的温度非线性波动、间歇性振荡，引起炉温调控器的参数变化。

因此提高电加热炉的温度控制水平，是当今工业控制技术的主要研究方向之一。

常规控制方法难以实现较高的控制精度和响应速度。

相比之下，经典的增量PID控制算法，无需针对控制对象建立数学模型，便可实现较发复杂系统的精确控制。

本文基于PID算法，提出设计了一套电加炉控制方法，核心控制芯片采用AT89C51系列单片机，具备数据采集、调控、显示、报警等多项功能，实现了对温控系统的设计和模拟仿真，能有效改善电加热炉温度控制系统的性能。

2总体方案设计本系统采用以AT89C51单片机为核心的温度控制系统，通过温度传感器PT100采样实时温度，并通过变送器将温度最终转换为电压信号通过A/D转换器0808将其转换为数字信号，送入单片机与给定值进行比较，运用PID算法得出控制结果，送显示并进行控制（图1）。

图1 系统总体设计方案图2.1系统硬件选择单片机是指将微处理器、存储器和输入/输出接口电路集成在一块集成电路芯版上的单片微型计算机。

单片机主要应用于工业控制领域，用来实现对信号的检测、数据的采集以及对应用对象的控制。

它具有体积小、重量轻、价格低、可靠性高、耗电少和灵活机动等许多优点。

单片机是微型计算机的一个重要分支，特别适合用于智能控制系统。

基于单片机的温度控制系统设计摘要随着国民经济的发展，人们需要对各中加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行监测和控制。

采用单片机来对他们控制不仅具有控制方便，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，从而能够大大的提高产品的质量和数量。

本设计采用无ROM的8031作为主控制芯片。

8031的接口电路有8155、2764。

8155用于键盘/LED显示器接口，2764可作为8031的外部ROM存储器。

其中温度控制电路是通过可控硅调功器实现的。

双向可控硅管和加热丝串联接在交流220V，50HZ交流试点回路，在给定周期内，8031只要改变可控硅管的接通时间便可改变加热丝功率，以达到调节温度的目的。

关键字：温度控制；接口电路；可控硅Design of Temperature Control System Based on SCMLibing(College of Zhangjiajie, Jishou University, Jishou,Hunan 416000)AbstractAlong with national economy development, the people need to each heating furnace、the heat-treatment furnace、in the reactor and the boiler the temperature carry on the monitor and the control. Not only uses the monolithic integrated circuit to come to them to control has the control to be convenient, simple and flexibility big and so on merits, moreover may enhance large scale is accused the temperature technical specification, thus can big enhance the product the quality and quantity.This design uses non-ROM8031to take the master control chip. 8031 connection electric circuits have8155、2764.8155uses in the keyboard /LED monitor connection, 2764 may take 8031 exterior ROM memories,one temperature-control circuit is adjusts the merit realization through the silicon-controlled rectifier. The bidirectional silicon-controlled rectifier tube and the heater series connection in exchange 220V,50HZ exchange city electricity return route, in assigns in the cycle, 8031 so long as the change silicon-controlled rectifier tube puts through the timethen to be possible to change the heater power, achieves the attemperation the goal. Key words:Temperature control；Connection electric circuit；Silicon-controlled rectifier目录绪论 (3)第一章单片机温度控制系统方案简介 (2)第二章单片机 (3)2.1 单片机内部模块 (3)2.1.1 MCS-51单片机内部结构 (4)2.1.2 MCS-51输入/输出端口的结构与功能 (4)2.1.3 MCS—51单片机的引脚及其功能 (5)2.1.4 8031系统扩展设计 (6)2.2 单片机外总线结构 (6)2.3 芯片的扩展设计 (6)2.4 单片机温控模块 (7)第三章系统硬件设计 (9)3.1 系统总体设计 (9)3.2 8155接口电路 (9)3.3 A/D转换电路 (11)3.4 可控硅控制电路 (11)第四章系统软件设计 (14)4.1 主程序流程图 (14)4.2 T0中断服务程序 (14)4.3 采样子程序 (18)4.4 数字滤波程序 (19)总结 (22)参考文献 (23)绪论温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的基于单片机的温度控制系统设计绪论温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。

基于51单片机的温度控制系统0引言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。

本文以它为例进行介绍，希望能收到举一反三和触类旁通的效果。

1硬件电路设计以热电偶为检测元件的单片机温度控制系统电路原理图如图1所示。

1.1 温度检测和变送器温度检测元件和变送器的类型选择与被控温度的范围和精度等级有关。

镍铬/镍铝热电偶适用于0℃-1000℃的温度检测范围，相应输出电压为0mV-41.32mV。

变送器由毫伏变送器和电流/电压变送器组成：毫伏变送器用于把热电偶输出的0mV-41.32mV变换成4mA-20mA的电流；电流/电压变送器用于把毫伏变送器输出的4mA-20mA电流变换成0-5V的电压。

为了提高测量精度，变送器可以进行零点迁移。

例如：若温度测量范围为500℃-1000℃，则热电偶输出为20.6mV-41.32mV，毫伏变送器零点迁移后输出4mA-20mA范围电流。

这样，采用8位A/D转换器就可使量化温度达到1.96℃以内。

1.2接口电路接口电路采用MCS-51系列单片机8031，外围扩展并行接口8155，程序存储器EPROM2764，模数转换器ADC0809等芯片。

由图1可见，在P2.0=0和P2.1=0时，8155选中它内部的RAM工作；在P2.0=1和P2.1=0时，8155选中它内部的三个I/O端口工作。

相应的地址分配为：0000H - 00FFH 8155内部RAM0100H 命令/状态口0101H A 口0102H B 口0103H C 口0104H 定时器低8位口0105H 定时器高8位口8155用作键盘/LED显示器接口电路。

摘要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AT89C51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。

本系统的温度检测电路中采用芯片DS18B20，简化了系统的软硬件设计，提高了温度检测的精度。

在输出控制中主要采用硬件电路实现，降低了程序的复杂性。

在系统的硬件电路中采用了抗干扰设计，增强了系统的抗干扰能力。

系统的软件设计采用了模块化结构，具有可移植性强和通用性强的特点。

关键词：AT89C51单片机，温度，DS18B20AbstractIn the modern industrial production, the current, voltage, temperature, pressure, and flow, velocity, and switch quantity is accused of main parameters. Example: in metallurgical industry, chemical industry, electric power engineering, paper industry, machinery and food processing and so on many domains, people need to all kinds of heating furnace, heat treatment furnace, reactors and boiler temperature detection and control. Using AT89C51 SCM to control temperature, has not only convenient control, simple and flexible configuration advantages, and can greatly improve the technical indexes are controlled temperature, which can greatly improve the product‘s quality and quantity. Therefore, the problem of temperature control chip is a industrial production we often encounter problems.This system USES the temperature detection circuit chip DS18B20, simplify the design of the software and hardware system and improve the precision of temperature detection. In the output control mainly adopts hardware circuit implementation, reduces the complexity of the program. In the system hardware circuit design is adopted in the system, the anti-interference ability. System software design using modular structure, strong commonality and portability.Keyword：AT89C51, Temperature, DS18B20目录摘要 (I)Abstract................................................................................................................................ I I 目录 (III)1 引言 (1)1.1国内外研究综述 (1)1.2温度控制器的发展状况 (1)1.3毕业设计（论文）所用的方法 (2)2 总体设计 (3)2.1前言 (3)2.2总体设计 (4)2.3 AT89C51单片机简介 (4)2.3.1 AT89C51系列基本组成及特性 (4)2.3.2 AT89C51系列引脚功能 (5)2.3.3 AT89C51系列单片机的功能单元 (7)2.4温度传感器的选择 (10)2.4.1 DS18B20简介 (10)2.4.2 DS18B20的引脚名称及作用 (10)2.4.3 DS18B20的内部结构 (11)2.4.4 DS18B20的测温原理 (11)2.4.5 DS18B20的转换精度控制字及分辨率设置 (12)2.4.6 DS18B20的温度数字关系 (13)2.4.7 DS18B20的内存结构图 (14)2.4.8 DS18B20的操作命令 (14)2.4.9 DS18B20的工作时序 (16)2.4.10 DS18B20与单片机的硬件接口 (18)2.4.11 DS18B20使用中注意事项 (18)3 各部分电路设计 (20)3.1 振荡电路与复位电路 (20)3.2 DS18B20与单片机的接口电路 (20)3.3各子程序流程图 (21)3.4整体电路图 (26)4 硬件组成 (27)5 软件设计 (30)结论 (32)参考文献 (33)致谢 (34)附录A 汇编语言程序源代码 (35)附录B C语言程序设计1 (41)附录C C语言程序设计2 (49)1 引言1.1国内外研究综述当前，国内外利用单片机的温度控制系统软硬件实施方式主要类型是直接使用单片机以及其他一些外围芯片作为数据采集和控制的装置，不使用上位PC 机做数据处理。

基于单片机的水温控制系统第1节引言水温控制在工业及日常生活中应用广泛,分类较多,不同水温控制系统的控制方法也不尽相同,其中以PID控制法最为常见。

单片机控制部分采用AT89C51单片机为核心，采用软件编程，实现用PID算法来控制PWM波的产生，进而控制电炉的加热来实现温度控制。

然而,单纯的PID算法无法适应不同的温度环境,在某个特定场合运行性能非常良好的温度控制器,到了新环境往往无法很好胜任,甚至使系统变得不稳定,需要重新改变 PID 调节参数值以取得佳性能。

本文首先用PID算法来控制PWM波的产生，进而控制电炉的加热来实现温度控制。

然后在模型参考自适应算法 MRAC基础上,用单片机实现了自适应控制,弥补了传统 PID控制结构在特定场合下性能下降的不足,设计了一套实用的温度测控系统,使它在不同时间常数下均可以达到技术指标。

此外还有效减少了输出继电器的开关次数,适用于环境参数经常变化的小型水温控制系统。

1.1水温控制系统概述温度控制是无论是在工业生产过程中，还是在日常生活中都起着非常重要的作用，过低的温度或过高的温度都会使水资源失去应有的作用，从而造成水资源的巨大浪费。

特别是在当前全球水资源极度缺乏的情况下，我们更应该掌握好对水温的控制，把身边的水资源好好地利用起来。

在现代冶金、石油、化工及电力生产过程中，温度是极为重要而又普遍的热工参数之一。

在环境恶劣或温度较高等场合下，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，要求对加热炉炉温进行测、显示、控制，使之达到工艺标准，以单片机为核心设计的炉温控制系统，可以同时采集多个数据，并将数据通过通讯口送至上位机进行显示和控制。

那么无论是哪种控制，我们都希望水温控制系统能够有很高的精确度（起码是在满足我们要求的范围内），帮助我们实现我们想要的控制，解决身边的问题。

在计算机没有发明之前，这些控制都是我们难以想象的。

而当今，随着电子行业的迅猛发展，计算机技术和传感器技术的不断改进，而且计算机和传感器的价格也日益降低，可靠性逐步提高，用信息技术来实现水温控制并提高控制的精确度不仅是可以达到的而且是容易实现的。

基于C51单片机的温度控制系统应用系统设计（附程序）基于C51单片机的温度控制系统应用系统设计--------- 单片机原理及应用实践周设计报告姓名：班级：学号：同组成员：指导老师：成绩：时间：2011 年7 月3 日单片机温度控制系统摘要温度是日常生活中无时不在的物理量，温度的控制在各个领域都有积极的意义。

很多行业中都有大量的用电加热设备，如用于热处理的加热炉，用于融化金属的坩锅电阻炉及各种不同用途的温度箱等，采用单片机对它们进行控制不仅具有控制方便、简单、灵活性大等特点，而且还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。

因此，智能化温度控制技术正被广泛地采用。

本温度设计采用现在流行的AT89S51单片机，配以DS18B2数字温度传感器，上、下限进行比较，由此作出判断是否触发相应设备。

本设计还加入了常用的液晶显示及状态灯显示灯常用电路，使得整个设计更加完整，更加灵活。

关键词：温度箱；AT89C52 LCD1602单片机；控制目录1引言11.1温度控制系统设计的背景、发展历史及意义11.2温度控制系统的目的11.3温度控制系统完成的功能12总体设计方案22.1方案一 22.2方案二 23DS18B20温度传感器简介73.1温度传感器的历史及简介73.2DS18B20的工作原理7DS18B20工作时序7ROM操作命令93.3DS18B20的测温原理98B20的测温原理：9DS18B20的测温流程104单片机接口设计124.1设计原则124.2引脚连接12晶振电路12串口引脚12其它引脚135系统整体设计145.1系统硬件电路设计14主板电路设计14各部分电路145.2系统软件设计16 系统软件设计整体思路系统程序流图176结束语2116附录22参考文献391引言1.1温度控制系统设计的背景、发展历史及意义随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。

基于单片机的电加热炉温度控制系统设计一、概述电加热炉温度控制系统是一种常见的自动化控制系统。

它通过控制加热元件的加热功率来维持加热炉内的温度，从而实现对加热过程的精确控制。

本文将介绍一种基于单片机的电加热炉温度控制系统的设计。

二、系统设计1. 硬件设计本系统采用单片机作为控制核心，传感器检测加热炉内的温度，并将数据反馈给单片机进行处理。

通过触摸屏交互界面，用户可以设定希望维持的温度值，单片机将控制加热元件的加热功率，以实现温度的稳定控制。

2. 软件设计单片机程序主要分为三个部分：（1）传感器数据采集和处理，通过定时器进行数据的采样，然后通过计算分析实现温度值的读取。

（2）温度控制，设定一个目标温度值后，单片机通过PID算法来控制加热元件的加热功率，保持温度的稳定。

（3）交互界面的设计，实现用户与系统的交互，包括设定目标温度值和实时温度显示等。

三、系统优势相对于传统的手动控制方式，本系统具有以下优势：（1）精度高，通过PID算法，可以实现对温度的精确控制，大大提高了生产效率。

（2）舒适度高，传统的手动控制方式需要人员长时间待在生产车间，而本系统的自动化控制方式，可以让人员远离高温环境。

（3）可靠性高，系统精度高，响应迅速，可以有效减少因为控制失误带来的损失。

四、结论本系统的设计基于单片机实现电加热炉温度的精确控制。

相对于传统的手动控制方式，具有精度高、舒适度高和可靠性高等优势。

在未来的生产过程中，随着物联网的发展，本系统也可以进行联网控制，实现对设备的远程控制和监控，提高设备的效率和安全性。

（发布日期：-6-10）电加热炉随着科学技术旳发展和工业生产水平旳提高，已经在冶金、化工、机械等各类工业控制中得到了广泛应用，并且在国民经济中占有举足轻重旳地位。

对于这样一种具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点旳控制对象，很难用数学措施建立精确旳数学模型，因此用老式旳控制理论和措施很难达到好旳控制效果。

单片机以其高可靠性、高性能价格比、控制以便简朴和灵活性大等长处，在工业控制系统、智能化仪器仪表等诸多领域得到广泛应用。

采用单片机进行炉温控制，可以提高控制质量和自动化水平。

1 前言在人类旳生活环境中，温度扮演着极其重要旳角色。

温度是工业生产中常用旳工艺参数之一，任何物理变化和化学反映过程都与温度密切有关，因此温度控制是生产自动化旳重要任务。

对于不同生产状况和工艺规定下旳温度控制，所采用旳加热方式，燃料，控制方案也有所不同。

无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。

自18世纪工业革命以来，工业发展对与否能掌握温度有着绝对旳联系。

在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎80%旳工业部门都不得不考虑着温度旳因素。

在现代化旳工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用旳重要被控参数。

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、热解决炉、反映炉和锅炉中旳温度进行检测和控制。

从市场角度看[1]，如果国内旳大中型公司将温度控制系统引入生产，可以减少消耗，控制成本，从而提高生产效率。

嵌入式温度控制系统符合国家提出旳“节能减排”旳要求，符合国家经济发展政策，具有十分广阔旳市场前景。

现今，应用比较成熟旳如电力脱硫设备中，主控制器在主蒸汽温度控制系统中旳应用，已经达到了世界迈进水平。

如今，在微电子行业中。

温度控制系统也越来越重要，如单晶炉、神经网络系统旳控制。

因此。

温度控制系统经济前景非常广泛，国内旳高新精尖行业研究其应用旳意义更是更加重大。

基于单片机的多点无线温度监控系统设计前言在工业生产中，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。

其中，温度控制也越来越重要。

在工业生产的很多领域中，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。

采用单片机对温度进行控制不仅具有控制方便、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，从而能够大大的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控制问题。

单片机是一种集CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统等部分于一体的器件，只需要外加电源和晶振就可实现对数字信息的处理和控制。

因此，单片机广泛用于现代工业控制中。

随着“信息时代”的到来，作为获取信息的手段——传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。

传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。

因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。

由于传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制，但是它们都不同程度地存在温漂和非线性等影响因素。

传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。

因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信和信息处理结合起来，适应传感器的生产、研制、开发和应用。

另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。

温度传感器是其中重要的一类传感器。

其发展速度之快，以及其应用之广，并且还有很大潜力。

为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。

摘要温度控制在热处理工艺过程中,是一个非常重要的环节。

控制精度直接影响着产品质量的好坏。

本文研究的电炉是一种具有纯滞后的大惯性系统，传统的加热炉控制系统大多建立在一定的模型基础上，难以保证加热工艺要求。

因此本文将模糊控制算法引入传统的加热炉控制系统构成智能模糊控制系统。

本文以模糊自整定 PID 控制算法为基础，设计以8031单片机为主体的控制系统控制电炉,构成一个能进行较复杂的数据处理和复杂控制功能的智能控制器，使其既可与微机配合构成控制系统，又可作为一个独立的单片机控制系统，具有较高的灵活性和可靠性。

单片机根据输入的各种命令，进行智能算法得到控制值，输出脉冲触发信号，通过过零触发电路驱动双向可控硅，从而加热电炉。

本文提出的基于模糊的自整定 PID 控制算法的控制系统具有真正的智能化和灵活性，有自动检测、数据实时采集、处理及控制结果显示等功能，对提高电炉温度的控制精度具有较好的意义。

关键词：电炉；单片机；模糊 PID。

AbstractTemperature in heat treatment craft is very important. Control precision effect directly the quality of the product. The electric stove is a kind pure great inertia system, and the traditional heat control system is based on some certain model, so is hard to satisfy the technological requirement.This paper will adopt fuzzy control algorithm to build a intelligent fuzzy control system.In this paper, we use fuzzy self-regulated PID algorithmt to design a electric stove control system depending on mainly 8031 chip and build a intelligent controller which can process complicated data and realize complicated control functiong, meanwhile is alao regarded as an independent SCM control system which has higher flexibility and dependability. The SCM accords to all kinds input orders to carry out intelligent algorithm in order to get control value, then to feed out the pulse signal to trigger circuit and drive the two-way silicon in order to heat the stove.The control system based fuzzy self-regulated PID algorithm has real intelligence and flexibility. The functions include automatic detection, real-time data gather and precess and displaying the control output and so on, which do well in improving the control precision. Keyword：Electric stove；SCM；Fuzzy PID.目录第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 控制器发展现状 (1)1.2.1 PID 控制器的发展现状 (1)1.2.2 模糊 PID 控制 (2)1.2.3 模糊自整定 PID 控制 (2)1.3 电炉采用模糊自整定 PID 控制的可行性 (2)第2章模糊自整定 PID 控制器的设计 (4)2.1 模糊推理机的设计 (4)2.1.1 模糊推理机的结构 (4)2.1.2 模糊推理机的设计 (4)2.1.2.1 精确量的模糊化 (5)2.1.2.2 建立模糊控制规则和模糊关系 (5)2.1.2.3 输出信息的模糊决策 (6)2.2 模糊自整定 PID 控制器 (6)2.2.1 PID 参数对 PID 控制性能的影响 (6)2.2.2 模糊自整定 PID 控制器 (7)2.3 模糊自整定 PID 控制器性能的研究 (8)2.3.1 Matlab 仿真结构图 (8)2.3.2 惯性时间常数的影响 (9)2.4 仿真结果分析 (10)第3章系统硬件和电路设计 (11)3.1引言 (11)3.2 系统的总体结构 (11)3.3 温度检测电路 (12)3.3.1 温度传感器 (12)3.3.2 测量放大器的组成 (12)3.3.3 热电偶冷端温度补偿方法 (13)3.4 多路开关的选择 (13)3.5 A/D转换器的选择及连接 (14)3.6 单片机系统的扩展 (15)3.6.1 系统扩展概述 (15)3.6.2 常用扩展器件简介 (16)3.7 存储器的扩展 (17)3.7.1 程序存储器的扩展 (17)3.7.1.1只读存储器简介 (17)3.7.1.2 EPROM2764简介 (17)3.7.2 数据存储器的扩展 (18)3.7.2.1数据存储器概述 (18)3.7.2.2静态RAM6264简介 (19)3.7.2.3数据存储器扩展举例 (19)3.8 单片机I/O口的扩展（8155扩展芯片） (20)3.8.1 8155的结构和引脚 (20)3.8.2 8155的控制字的及其工作方式 (21)3.8.3 8155与8031的连接 (22)3.9 看门狗、报警、复位和时钟电路的设计 (23)3.9.1看门狗电路的设计 (23)3.9.2报警电路的设计 (23)3.9.3复位电路的设计 (24)3.9.4 时钟电路的设计 (25)3.10 键盘与显示电路的设计 (25)3.10.1 LED数码显示器的接口电路 (25)3.10.2键盘接口电路 (26)3.11 DAC7521数模转换接口 (27)3.12 隔离放大器的设计 (28)3.13 可控硅调功控温 (29)3.13.1过零触发调功器的组成 (29)3.13.2主要电路介绍 (30)3.14 单片机开关稳压电源设计 (31)第4章系统软件设计 (32)4.1 主要程序的框图 (32)4.1.1主程序框图 (32)4.1.2键盘中断服务子程序 (33)4.1.3恒温及升温测控子程序 (34)4.1.4降温测控子程序 (35)4.2 模糊自整定 PID 控制算法 (36)致谢 (39)参考文献 (40)附录 (42)第1章 绪论1.1 引言电炉是热处理生产中应用最广的加热设备，通过布置在炉内的电热元件将电能转化为热能,借助辐射与对流的传热方式加热工件。

基于单片机的电加热炉温度控制系统设计王丽华1郑树展2（1、天津职业大学，天津300402；2、天津航空机电有限公司，天津300123）摘要：温度控制是工业对象中主要的控制参数之一，其控制系统本身的动态特性属于一阶纯滞后环节。

以8051单片机为核心，采用温度变送器桥路和固态继电器控温电路，实现对电炉温度的自动控制。

该控制系统具有硬件成本低、控温精度较高、可靠性好、抗干扰能力强等特点。

关键词：电加热炉控温固态继电器飞升曲线0引言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电加热炉温度控制系统的硬件设计电加热炉温度控制系统的硬件由图1所示各部件组成，它以8051单片机为核心，外扩键盘输入和LED显示温度。

电加热炉炉内的实际温度由热电偶测量并转换成毫伏级的电压信号，通过温度变送器桥路实现零点迁移和冷端补偿，经运算放大器7650放大到0～5V，再经过有源低通滤波器滤波后，由A/D转换成数字量。

此数字量经数字滤波、标度转换后，一方面通过LED将炉温显示出来；另一方面，将该温度值与被控温度值进行比较，根据其偏差值的大小，采用PID控制，通过PWM脉冲调宽功率放大器控制SSR固态继电器来控制电加热炉炉丝的导通时间，就可以控制电炉丝的加热功率大小，从而控制电炉的温度及升温速度，使其逐渐趋于给定值且达到平衡。

1.1 热电偶的选取热电偶是温度测量传感器，对它的选择将直接影响检测误差的大小。