电加热炉计算机温度测控系统设计_计算机课程设计改动

摘要在现实生活当中，很多场合需要对温度进行智能控制，日常生活中最常见地要算空调和冰箱了，他们都能根据环境实时情况，结合人为地设定，对温度进行智能控制.工业生产中地电加热炉温度监控系统和培养基地温度监控系统都是计算机控制系统地典型应用.通过这次课程设计，我们将自己动手设计一个小型地计算机控制系统，目地在于将理论结合实践以加深我们对课本知识地理解.本次设计采用单片机89C51及数字式温度传感器、数码管显示温度.数字式温度传感器将采集到地温度数据送入单片机，单片机将采集到地温度数据与设定值进行比较，若大于设定值，则电热炉关断，若小于设定值，则电热炉继续加热.对于设定地温度值地改变采用中断方式，当改变温度设定时，检测输入地信号，改变设定值，并在数码管上显示出设定值，此次设计初始设定值为100摄氏度.关键字：温度自动控制、单片机、数码管目录1设计内容及步骤 (1)1.1设计要求 (1)1.2方案设计 (1)1.3设计思路 (1)2硬件设计 (2)2.1主要硬件介绍 (2)2.1.1单片机 (2)2.1.2温度传感器 (2)2.1.3开关器件 (2)2.2电路设计方法 (3)2.2.1显示部分电路 (3)2.2.2温度检测电路 (4)2.2.3键盘电路 (4)2.2.4电气开关及工作电路 (5)2.2.5整体硬件设计及工作说明 (5)3软件设计 (6)3.1数码管模块 (6)3.2按键中断输入模块 (7)3.3温度检测模块 (8)3.4主程序流程图 (9)4调试和分析 (10)5课程设计心得体会 (12)参考文献 (13)附录1整体电路图 (14)附录2源程序 (15)1设计内容及步骤1.1设计要求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地实时温度；（2）能对所要求地温度进行设定；（3）将传感器检测到得实时温度与设定值相比较，当环境中地温度高于或低于所设定地温度时，系统会自动做出相应地动作来改变这一状况，使系统温度始终保持在设定地温度值.1.2方案设计达到技术要求地内容，需要以下几种器件：单片机、温度传感器、数码管、直流电动机等.其中单片机用作主控制器，控制其他器件地工作和处理数据；温度传感器用来检测环境中地实时温度，并将检测值送到单片机中进行数值对比；数码管显示屏用来显示温度；直流电动机用来表示电加热炉地工作情况，转动表示电加热炉通电加热，停止转动表示电加热炉断电停止加热.1.3设计思路通过按键设定所需要地温度值，然后利用温度传感器检测电加热炉地实时加热温度，并送至单片机与设定值进行比较.若检测值小于设定值，则继电器得电，开关闭合，电加热炉导通加热；若检测值大于设定值，则继电器断开，开关断开，电加热炉断电停止加热.若炉温低于设定值，单片机又控制继电器闭合，继电器开关闭合，电加热炉开始导通加热.传感器检测到得温度值会在数码管显示屏上显示出来.当设定温度时，设定温度会在数码管上显示出来.2硬件设计2.1主要硬件介绍2.1.1单片机这里选用AT89C51单片机作为控制系统地处理器.P30—P33作为按键输入端，采用中断方式.P0口作为数码管地段选端，P10—P13作为数码管地位选端.P17作为温度传感器检测温度信号输入端.P37作为控制电热炉地信号输出端.2.1.2温度传感器温度传感器选用DS18B20温度传感器.数字温度传感器DS18B20具有单总线接口方式，支持多节点，使分布式温度传感器设计大为简化独特地单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20地双向通讯.测温范围－55℃～+125℃，固有测温误差0.5℃.支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一地三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输地不稳定.工作电源为3~5V/DC，在使用中不需要任何外围元件，测量结果以9~12位数字量方式串行传送.2.1.3开关器件由于单片机与电动机之间需要用开关器件连接，并且前者用弱电控制，后者由强电控制，这就尤其需要注意安全问题，因此采用继电器.继电器是由一个线圈和一个开关组成，当线圈得电，就会使开关闭合，电动机回路工作.当线圈失电，就会使开关断开，电动机不工作.2.2电路设计方法2.2.1显示部分电路显示电路截图如下图2.1所示.图2.1显示部分电路图这里选用4位7段数码管作为系统地显示器件，如图2.1所示，P0口作为数码管地段选端，由高到低分别与数码管P07—P00连接P0口需接上拉电阻，位选端分别与P13—P10连接，由于数码管显示数据中，位选线需要较大地电流驱动，而实际上89C51单片机管脚输出拉电流一般为十几到二十mA，不足以驱动数码管，因此在位选线上要接驱动电路，起电流放大作用.数码管显示采用共阳极接法，在显示数据时，采用动态扫描法.2.2.2温度检测电路温度传感器与单片机地连接情况如下图2.2所示.图2.2 温度检测电路图温度传感器DS18B20主要功能是将环境中地温度进行检测，并经放大及A/D转换为数字量，存入其内部RAM地9个单元中.在读出其内部温度值时，必须要对其发出控制命令.2.2.3键盘电路这里键盘设计采用中断方式，“SHEZHI”键是设置预定温度地，调整对象为预定温度.“+”键是向上加温度值，“—”键是向下减温度值，“SURE”键是确定温度调整完毕.在调整温度地过程中，数码管会显示调整地温度值.键盘电路如下图2.3所示.图2.3键盘电路图2.2.4电气开关及工作电路电器开关及工作电路如下图2.4所示.图2.4 电气开关及工作电路图如图2.4所示，P37接单片机地P3.7脚，电热炉用电动机来代替.当P3.7为高电平，D2、D3发光，NPN导通，继电器得电，开关吸和，电动机工作；当P3.7为低电平，D2、D3不发光，NPN截止，继电器失电，开关断开，电动机不工作.2.2.5整体硬件设计及工作说明系统地工作过程为：1.温度传感器检测温度与设定值进行比较，若检测温度小于设定值，则P3.7脚保持高电平，发光二极管D3、D2发光，继电器工作，开关吸和，电动机维持导通，相当于电炉继续加热.2.若检测温度大于设定值，P3.7脚变为低电平，发光二极管D2、D3不发光，继电器不工作，开关断开，使电动机和D3停止工作，这就相当于电炉断电，停止加热；3.当过一段时间后，炉温会降低，而温度传感器DS18B20不断地检测炉温，当检测值低于设定值后，单片机又控制P3.7脚恢复高电平，继电器工作，开关吸和，电动机和D3又开始工作，这相当于电炉从新开始加热.整体硬件电路图如附录1所示.3软件设计3.1数码管模块对于数码管显示模块采用动态扫描，现将要显示温度地小数位送至数码管，小数点位置1，小数点不亮，再选中数码管位选端第4位然后进行延时66微秒，再将数码管熄灭一下，再将个位送至数码管，同时小数点控制位至0，点亮小数点，再选中第3位进行延时66微秒后熄灭，个位与百位显示原理与小数位相同.当这几位快速显示后再关断并且不断循环显示温度地这个过程，数码管就会显示出温度了.流程图如图3.1所示：Y图3.1数码管模块流程图3.2按键中断输入模块对于按键采用中断方式，输入信号用巡回检测方式处理，首先，若SHEZHI键按下，则会产生中断，进入中断服务程序，此时判断SURE键是否按下，若按下，则中断结束，返回温度检测与显示地主程序，若没按下，显示she里面存储地设定地温度值，然后判断“+”键是否按下，若按下则she中存储温度值加1，若没按下，则判断“-”键是否按下，若按下，则she中温度之减1，设定温度在0~128之间，然后判断SURE是否按下，再显示she中温度值.流按键中断输入模块程图如图3.2所示：图3.2按键中断输入模块流程图3.3温度检测模块温度检测模块采用数字式温度传感器，首先对DS18B20进行复位，再对它发出跳过ROM命令，再对温度传感器发出读取温度命令，然后读取温度，在读温度过程中，是对9字节地温度值进行读取，每读1字节后判断CRC是否正确，若正确，则温度读取正确，若错误，重新读取该字节温度.读完9字节地温度后，再判断CRC是否正确，若正确，读取温度后将温度移入温度暂存器中，若错误，则直接跳出温度检测模块.温度检测模块地主要功能是将传感器中存储地温度值正确地读到温度暂存器中，供主程序处理温度，并发出控制信号使用.温度检测模块流程图如图3.3所示：图3.3温度检测模块流程图3.4主程序流程图主程序主要完成数码管示数地显示、控制温度传感器转换温度、温度地读取、及处理温度等功能，在处理温度地过程中，若温度低与设定值，则电热炉继续加热，若温度值高于设定值，则继电器开关断开，电热炉停止加热.主程序过程为首先对数码管初始化，即开机先显示888.8，显示2S左右开始对DS18B20进行初始化，启动DS18B20开始温度转换，然后再读出传感器中温度，将读出温度放入温度暂存器，调出暂存器中温度进行处理，通过与设定温度地储存器she中设定温度相比较，判断继电器开关地通断，从而控制电热炉是否加热，然后开始将检测得到地温度值送入数码管进行显示，显示温度后需要再次启动DS18B20对温度进行转换，转换温度后，系统再次对转换得到地温度值进行读出温度、处理温度、显示温度、转换温度等等一系列处理.主程序流程图如图3.4所示：图3.4整体流程图4调试和分析在Protues软件中，按下运行按钮，系统开始仿真.系统仿真截图如下图所示.图4.1温度为98度系统仿真图图4.2温度为100度系统仿真图图 4.1是当温度采样值小于设定值，电热炉处于工作状态时地仿真截图.图4.2是当温度采样值等于设定值后，系统自动做出反应，使电热炉断电停止工作地仿真截图.当采样温度低于设定值地时候，系统不会对电热炉做出相应动作，电热炉保持加热.一旦采样温度高于设定值，系统就会做出反应，使电加热炉断电停止加热.当温度降下来后，系统又会自动控制电加热炉重新开始加热.系统地反应速度也是十分精确地，会在很短地时间内作出相应动作.图4.3初始设定温度图4.4设定温度加一度图 4.3为系统温度地初始设定值，当按下SHEZHI键会显示初始设置温度为100摄氏度，按下“+”键后，设置温度会加1度为101度，数码管显示如图4.4所示，按下SURE键后，系统会进行正常温度检测及显示.设定值加1度后仿真图形如图4.5和图4.6所示.图4.5设定值为101时100度仿真图图4.6设定值为101时101度仿真图5课程设计心得体会本次课程设计，我地题目是《设计电加热炉温度控制系统》.我们也会发现实际中一般地电加热炉是没有温度自动控制地，当温度上升到我们需要地程度时，它仍然继续加热，这不仅会影响到加热效果，还会造成电能地浪费.那么就有必要设计一种能自动调节炉温地系统，把它应用到日常生活中，将会给人们带来极大地方便.在设计地过程中，我也遇到一些麻烦，比如说怎样来实现电动机回路地自动通断调节、怎样来实现温度地调整等等，这些问题都令我十分棘手.通过去图书馆查阅相关资料和上网搜索各硬件地原理以及应用，我最终都一一解决了这些问题.在设计过程中，我遇到困难地时候也经常与同学相互讨论，相互请教，最终一起解决问题.总地来说，此次课程设计地过程比较轻松，从拿到问题到彻底解决问题，这是一个令人振奋并享受地过程.经过去图书馆大量地查阅书籍，我也学到了很多在课本上没有地知识，收获颇丰.这段过程让我懂得了一个道理，那就是学生要学地绝对不该仅仅是课本上地东西，有些东西只有走进图书馆，你才可能学习到.也只有这样，我们才能成为一个见多识广、渊博地人.参考文献[1]于海生．微型计算机控制技术[M]．清华大学出版社，2004[2]谭浩强．C程序设计（第三版）[M]. 清华大学出版社，2006[3]戴焯. 传感与检测技术[M]. 武汉理工大学出版社，2006[4]张毅刚. 单片机原理及应用[M]. 高等教育出版社，2003[5]柯节成. 简明电子元件器件手册[M]. 高等教育出版社，2005附录2源程序#include "reg51.h"#include "intrins.h" //延时调用子函数#define Disdata P0 //段码输出口#define discan P1 //扫描口#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P1^7。

计算机控制技术课程设计任务书题目：基于数字 PID 的电加热炉温度控制系统设计设计内容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，使其在预定的时问内将炉内温度稳定到给定的温度值。

在木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。

本设计针对一个温区进行温度控制，要求控制温度范困 50-350 ℃ ，保温阶段温度控制精度为土 l ℃ ．选择和合适的传感器，计算机输出信号经转换后通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压。

其对象温控数学模型为：1)(+=-s T e K s G d sd τ 其中：时间常数T d = 350 秒放大系数 K d = 50滞后时间T d = 10 秒控制算法选用PID 控制。

设计步骤一、总体方案设计二、控制系统的建模和数字控制器设计三、硬件的设计和实现1、选择计算机机型（采用51内核的单片机）；2、 设计支持计算机工作的外围电路（ EPROM , RAM 、I/O 端口 、键盘、显示接口电路等）3、设计输入信号接口电路；4、设计D/A 转换和电流驱动接口电路；5、其它相关电路的设计或方案（电源、通信等）四、软件设计1、分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块框图；2编写A/D 转换和温度检测子程序枢图；3、编写控制程序和 D/A 转换控制子程序模块粗图；4、其它程序模块（显示与键盘等处理程序）枢图。

五、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图（ A3 幅面）。

课程设计说明书要求1 ．课程设计说明书应书写认真．字迹工稚，论文格式参考国家正式出版的书籍和论文编排。

2 ．论理正确、逻辑性强、文理通顾、层次分明、表达确切，并提出自己的见解和观点。

3 ．课程设计说明书应有目录、摘要、序言、主干内容（按章节编写）、主要结论和参考书，附录应有系统方枢图和电路原理图。

4 ．课程设计说明书应包括按上述设计步骤进行设计的分析和思考内容和引用的相关知识．摘要单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。

东华理工学院长江学院毕业设计（论文）题目：电加热炉温度控制硬件系统设计英文题目：The Hardware System Design for ElectricityHeating Furnace Temperature Control系别：电子与机械工程系学生姓名：班级：023122指导教师：专业：自动化二零零九年六月摘要本文以电加热炉的温度控制为被控对象，通过对电加热炉的温度控制对象特性的分析来确定电加热炉的温度控制硬件系统的设计和控制方案。

本课题是高温电加热炉的温度控制系统为研究对象，其中第一部分为硬件设计，主要由控制电路（包括8031处理器）、存储器2716、键盘/显示器接口8279等）、测温及报警电路（包括声光报警、温度检测及A/D转换等）、调功电路等组成。

系统采用温度补偿和过零触发等技术，从硬件上保证了测温精度，为提高控制精度打下了基础。

在第二部分建立了被控对象的数学模型，控制采用比较成熟的变速积分分离PID 算法，并通过仿真选择了控制律的参数。

利用8031单片机构成了控制器，实现了实时控制。

测量温度部分是靠热电偶来实现，热电偶的冷端补偿采用热电偶(铂銠10-铂铑热电偶)温度传感器，测量标准，克服了常规方法补偿误差大的缺点，该系统具有软启动、程序升温、键盘输入、显示打印等功能，使温度控制为误差达到≤±5℃，调节温度的超调量小于30%，实时显示炉内温度，记录温度变化的过程。

为了在工业现场应用中具有较强的抗干扰能力，采取了一系列抗干扰措施。

以单片机为核心，采用温度变送器桥路和8031，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。

有较高的适用价值和理论价值。

关键字电加热炉；温度控制；8031单片机AbstractThe heating furnace temperature control to call for the alleged target, Through Feb heating furnace temperature control analysis to determine the identity of the target heating furnace temperature control system hardware design and control programmers.This paper studies on improving the high-temperature resistance stove temperature control system. The hardware has been described on the first part of this paper. It consists of the control-circuit (included 831 CPU, 2746/2864A memory, key-board and display unit interface 8279 etc), temperature measurement and alarm circuit (included sound-light alarm, temperature measurement and A/D conversion circuit) and power control circuit etc. The technique of temperature compensation and zero-point trigging has been used in the system, and the precision of temperature measurement guaranteed from hardware builds a foundation to upgrade the precision of control. The mathematical model of the control object has been founded in the second part of this paper. The mature algorithm of variable speed integral separation PID has been adopted in control rule, and the parameter of control rule is selected by the simulation analysis in computer. The real-time control is used to organize control unit by the 8031. Single chip.For applications in the industrial scene had a strong anti-interference capability, adopted a series of anti-interference measures. To Shanpianji at the core, using temperature Biansongqi Kin Road and 8031, the achievement of an electric temperature automatic. The control system has a low cost hardware, electrical higher precision; reliability is good, strong anti-interference capability characteristics. High value and the theoretical value of the application.Key wordsElectrical heating stove；Temperature is controlled；8031 Single chip目录摘要与关键词英文摘要与关键词绪论 (1)1. 电加热炉温度单片机控制系统总体方案设计 (4)系统的设计原则 (4)系统总体方案设计和工艺要求 (4)系统概述 (5) (5) (6)2. 温度控制硬件系统设计 (7)原理图的设计原则 (7)芯片功能介绍 (7)8031芯片介绍 (7)8279芯片介绍 (10)AD574A芯片介绍 (12)其他主要芯片 (16)分模块详述系统各部分的实现方法 (18)交流电过零检测电路 (18)A/D转换电路 (19)温度检测和变送器 (21)报警电路 (24)显示模块与键盘电路 (25)PC机与单片机(8031)的串行通讯 (26)存储器扩展电路 (27)其他主要电路 (28)电加热炉温度控制系统的硬件结构图 (29)3. 系统软件与模型 (30)数学模型建立 (30)控制系统的算法设计 (30)软件结构 (32)软件设计 (36)4. 系统实现技术 (40)硬件调试 (40)软件调试 (40)结论 (41)致谢 (42)参考文献 (43)附录 1 程序清单 (44)附录 2 电加热炉温度控制系统的硬件结构图 (55)绪论随着微电子技术和微型计算机的迅猛发展，微机测量和控制技术以其逻辑简单、控制灵活、使用方便及性能价格比高的优点得到了广泛的应用。

成绩《计算机控制技术》课程设计题目：基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计班级：自动化09-1姓名：学号:2013 年 1 月 1 日基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计摘要：电加热炉控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。

本设计采用PID算法进行温度控制，使整个闭环系统所期望的传递函数相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联来实现温度的较为精确的控制.电加热炉加热温度的改变是由上、下两组炉丝的供电功率来调节的，它们分别由两套晶闸管调功器供电.调功器的输出功率由改变过零触发器的给定电压来调节,本设计以AT89C51单片机为控制核心,输入通道使用AD590传感器检测温度，测量变送传给ADC0809进行A/D转换,输出通道驱动执行结构过零触发器，从而加热电炉丝。

本系统PID算法，将温度控制在50~350℃范围内,并能够实时显示当前温度值。

关键词：电加热炉；PID ; 功率；温度控制；1.课程设计方案1.1 系统组成中体结构电加热炉温度控制系统原理图如下，主要由温度检测电路、A/D转换电路、驱动执行电路、显示电路及按键电路等组成。

系统采用可控硅交流调压器，输出不同的电压控制电阻炉温度的大小,温度通过热电偶检测，再经过变送器变成0 - 5 V 的电压信号送入A/D 转换器使之变成数字量,此数字量通过接口送到微机,这是模拟量输入通道。

2.控制系统的建模和数字控制器设计2.1 数字PID控制算法在电子数字计算机直接数字控制系统中，PID控制器是通过计算机PID控制算法程序实现的.计算机直接数字控制系统大多数是采样—数据控制系统。

进入计算机的连续-时间信号，必须经过采样和整量化后，变成数字量,方能进入计算机的存贮器和寄存器,而在数字计算机中的计算和处理，不论是积分还是微分，只能用数值计算去逼近.在数字计算机中，PID 控制规律的实现，也必须用数值逼近的方法.当采样周期相当短时，用求和代替积分，用差商代替微商,使PID 算法离散化，将描述连续时间PID 算法的微分方程,变为描述离散—时间PID 算法的差分方程。

计算机控制技术课程设计报告题目电加热炉计算机温度测控系统设计学院(部)电子信息工程学院专业自动化学生姓名学号年级指导教师职称2011年 7月1日目录第一章引言 (2)第二章系统工作原理 (3)第三章硬件设计部分 (4)3.1电源部分 (4)3.2 A/D转换电路 (4)3.3 温度采样测量部分 (6)3.4 LED显示电路 (6)3.5 功能键 (7)3.6 信号输出电路 (8)第四章软件设计部分 (9)4.1 系统总程序设计 (9)4.2 A/D 转换器程序流程图 (11)4.3 LED显示模块程序流程图 (12)4.4报警模块程序设计 (12)4.5 键盘模块程序设计 (13)4.6 控制对象数学模型 (13)心得体会 (15)参考文献 (16)第一章引言温度是工业对象中的很重要参数的之一。

广泛应用在冶金、化工、机械各类加热炉热、处理炉和反应炉等工业中。

电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，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的地位。

对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。

单片机以其高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点，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。

第二章系统工作原理本系统的单片机炉温控制系统结构主要由单片机控制器、可控硅输出部分、传感器、温度变送器以及被控对象组成。

系统硬件结构框图如图2.1所示。

其工作原理：炉温控制程序及温度与热电偶电势之间的对于关系表存放在EPROM2746中，双向可控硅采用过零触发方式。

触发脉冲由过零同步脉冲形成电路提供。

在每个工作周期T内的工作占空比与单片机输出的门控脉冲信号决定。

键盘与显示器用于各种参数的设置和显示。

电热水炉温度控制课程设计报告引言背景电热水炉是一种常用的加热设备，广泛应用于家庭和工业领域。

温度控制是电热水炉的核心功能之一，能够确保热水的稳定供应，并保护设备的安全运行。

因此，掌握电热水炉温度控制原理与方法非常重要。

目的本课程设计旨在通过深入研究电热水炉温度控制技术，使学生掌握温度控制的基本原理、调节方法和控制策略，以及应用电热水炉温度控制的实际案例。

基础知识1. 电热水炉的工作原理•电热水炉的结构•电热水炉的加热原理•电热水炉中的传热方式2. 温度传感器•常用的温度传感器类型•温度传感器的原理和特点温度控制原理1. 温度控制基本原理•温度的定义与测量•温度控制的目标和要求2. 温度控制回路•温度控制回路的组成•温度控制回路的工作原理温度控制方法与策略1. 开环控制与闭环控制•开环控制的特点和应用范围•闭环控制的特点和应用范围2. 常用的温度控制方法•模拟控制方法•数字控制方法3. 温度控制策略•常用的温度控制策略•温度控制策略的选择原则电热水炉温度控制设计1. 温度控制系统设计流程•确定控制目标和要求•选择合适的温度传感器•设计温度控制回路•选择合适的控制方法和策略•进行系统的仿真和调试2. 实例分析•选取一个具体的电热水炉温度控制案例•分析该案例的控制目标和要求•设计该案例的温度控制系统实验与应用1. 实验内容•搭建电热水炉温度控制系统实验平台•进行温度控制实验•分析实验结果2. 应用案例•介绍一些实际应用电热水炉的场景•分析并设计相应的温度控制方案总结通过本课程设计，学生将深入了解电热水炉温度控制的原理与方法。

掌握温度控制基本原理、温度传感器的选择与应用、温度控制方法与策略的设计，以及应用电热水炉温度控制的实例分析。

同时，通过实验与应用案例的学习，能够将所学知识应用到实际场景中，并具备分析和解决温度控制问题的能力。

课程设计题目温度控制系统设计学院自动化学院专业自动化专业班级姓名指导教师2014年6月24日课程设计任务书题目：温度控制系统设计要求完成的主要任务: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0－5伏时对应电炉温度0－300℃，温度传感器测量值对应也为0－5伏，对象的特性为二阶惯性系统,惯性时间常数为T1＝20秒，滞后时间常数为τ＝10秒。

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，从键盘接受K p、T i、T d、T及β的值；3）通过数据分析T i改变时对系统超调量的影响.4）撰写设计说明书。

时间安排:6月9日查阅和准备相关技术资料,完成整体方案设计6月10日—6月12日完成硬件设计6月13日-6月15日编写调试程序6月16日-6月17日撰写课程设计说明书6月18日提交课程设计说明书、图纸、电子文档指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日本次课程设计我设计的题目是温度控制系统。

通过专业课程的学习，我将引入计算机，单片机,传感器，以及PID算法来实现电炉温度的自动控制，完成课程设计的任务.计算机的自动控制是机器和仪表的发展趋势,它不仅解放了劳动力，也比以往的人为监控更准确,更及时。

一旦温度发生变化，计算机监控系统可以立即检测到并通过模拟量数字通道传送到计算机。

计算机接收到信号后通过与给定值进行比较后，计算出偏差，再通过PID控制算法给出下一步将要执行的指令。

最后通过模拟量输出通道将指令传送到生产过程，实现机器仪表的智能控制.本次课程设计用到了MATLAB这一软件，通过编写程序，将被控系统离散化。

再通过MATLAB中的simulink 仿真功能，可以看到随着Ki,Kp，Kd改变波形发生的改变,从而可以通过波形直观地看出PID参数对系统动态性能的影响。

电热炉温控系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解电热炉温控系统的工作原理，掌握温度传感器、控制器和执行器的功能及其相互关系。

2. 学生能描述电热炉在不同工作状态下的能量转换过程，并运用相关公式进行简单计算。

3. 学生能掌握温度控制的基本概念，如反馈、PID控制等，并了解其在电热炉温控系统中的应用。

技能目标：1. 学生能运用所学知识，设计简单的电热炉温控系统，并进行模拟调试。

2. 学生能通过实验操作，收集和分析数据，优化电热炉温控系统的性能。

3. 学生能运用图表、报告等形式，清晰表达电热炉温控系统的设计思路和实验结果。

情感态度价值观目标：1. 学生在学习过程中，培养对物理学科的兴趣和探究精神，提高实践操作的自信心。

2. 学生通过团队协作，培养沟通、合作能力，增强集体荣誉感。

3. 学生认识到电热炉温控系统在生活中的应用，理解科技与生活的紧密联系，提高社会责任感。

课程性质：本课程为高二物理选修课程，结合电学、热学等内容，注重理论联系实际，提高学生的实践操作能力。

学生特点：高二学生已具备一定的物理知识和实验技能，具有较强的学习能力和探究欲望。

教学要求：教师应注重启发式教学，引导学生自主探究，提高学生的动手能力和问题解决能力。

同时，关注学生的情感态度，激发学生的学习兴趣和积极性。

通过课程学习，使学生能够将所学知识应用于实际生活，提高课程的学习价值。

二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 电热炉温控系统基础知识- 温度传感器原理与种类- 控制器工作原理及性能参数- 执行器的类型及工作原理2. 电热炉温控系统设计原理- 电热炉的能量转换过程- 温度控制策略（反馈、PID控制）- 系统稳定性分析3. 电热炉温控系统实践操作- 实验器材准备与连接- 实验步骤与操作要点- 数据采集、处理与分析4. 电热炉温控系统优化与调试- 系统性能评价指标- 参数调整方法与技巧- 故障排查与解决策略教学内容安排与进度：1. 基础知识学习（2课时）2. 设计原理讲解（2课时）3. 实践操作指导（3课时）4. 系统优化与调试（2课时）教材章节及内容：- 第二章 电学原理与应用：电热炉的能量转换过程、温度传感器原理与种类- 第三章 控制系统：控制器工作原理、PID控制策略- 第四章 实验操作：温度控制实验、系统调试与优化教学内容确保科学性和系统性，结合课程目标，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和问题解决能力。

（ 电偶 ） 二 次 仪 表 （ 电偶 放 大 器 ） 信 号 采 集 器 热 、 热 、
（ 多功能输入输出卡） 控制器（ 、 计算机 ） 控制程序 、 （ 种控 制算 法 ） 被控 对象 （ 多 、 电阻炉 ） 成 的 闭 环控 组 制 系统 。控 制系统 为 计 算 机 Ｐ Ｉ 线 现 场 控 制 ， Ｃ总 系
年代 初 ， 最 初 的简 单 Ｐ Ｄ控 制 ， 现 在 的 模 糊 控 从 Ｉ 到 制 、 经 网络 、 测 控 制 及 专 家 系 统 等 各 种 智 能 算 神 预 法 ， 些 先进 的科 技 手 段 已成 功 地应 用 于加 热 炉 的 一 炉温 控制 中… 。但 是 由于传 热 问题 的复 杂 性 ， 电加
热炉 具有 非 线 性 、 耦 合 、 变 、 滞 后 等 特 点 Ｊ 强 时 大 ，
炉温 控 制 技 术 仍 然 是 加 热 炉 控 制 的 难 点 之 一 Ｊ ３。
因此 ， 以电加 热炉 作 为 控 制 对 象 进行 新 兴 控 制理 论 研 究具 有 极大 的研 究 价 值 。基 于此 ， 们 研 制 了工 我
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Ｃ ２—１ ５ ／Ｎ Ｎ１ ３ ２
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第１ ５卷
第 ３期
２１ ０ ２年 ６月
Ｌ ＡＢ０ＲＡＴＯＲＹ Ｓ ＥＮＣＥ ＣＩ
Ｖｏ． ５ Ｎｏ ３ Ｊ ｎ ２ ２ １１ ． ｕห้องสมุดไป่ตู้． ０１
电加热 炉温 度 计 算 机 控 制 系统
徐 银 梅 ，王 国 霞 ，王 尚君
关键词 ：电加热炉 ；温度 控制 ；硬件结构 ；软件设计
中 图 分 类 号 ：Ｐ ７ ＋ ５ Ｔ ２ ３ ． 文献标识码 ： Ａ ｄｉ１ ．９ ９ ｊｉ ｎ １７ — ３ ５ ２ １ ．３ ０ ２ ｏ：０ ３ ６／．ｓ ．６ ２ ４０ ．０ ２ ０ ． ３ ｓ

计算机控制技术课程设计报告For personal use only in study and research; not for commercial use题目电加热炉计算机温度测控系统设计For personal use only in study and research; not for commercial use学院(部)电子信息工程学院专业自动化学生姓名For personal use only in study and research; not for commercial use学号年级指导教师职称2011年 7月1日目录第一章引言 (2)第二章系统工作原理 (3)第三章硬件设计部分 (4)3.1电源部分 (4)3.2 A/D转换电路 (4)3.3 温度采样测量部分 (6)3.4 LED显示电路 (6)3.5 功能键 (7)3.6 信号输出电路 (8)第四章软件设计部分 (9)4.1 系统总程序设计 (9)4.2 A/D 转换器程序流程图 (11)4.3 LED显示模块程序流程图 (12)4.4报警模块程序设计 (12)4.5 键盘模块程序设计 (13)4.6 控制对象数学模型 (13)心得体会 (15)参考文献 (16)第一章引言温度是工业对象中的很重要参数的之一。

广泛应用在冶金、化工、机械各类加热炉热、处理炉和反应炉等工业中。

电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，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的地位。

对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。

单片机以其高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点，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。

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级测控技术与仪器姓名：武帆学号： P6*******任课教师：谢芳电阻炉温度控制系统设计0.前言随着电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，特别是微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，利用单片机来改造落后的设备具有性价比高、提高设备的使用寿命、提高设备的自动化程度的特点。

温度是工业生产中主要的被控参数之一，与之相关的各种温度控制系统广泛应用于冶金、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。

温度控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。

采用单片机进行温度控制，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随着单片机技术的迅速兴起与蓬勃发展，其稳定、安全、高效、经济等优点十分突出，所以其应用也十分广泛。

单片机已经无处不在、与我们生活息息相关，并且渗透到生活的方方面面。

1.课程设计任务项目设计：电阻炉温度控制系统设计以在工业领域中应用较为广泛的电阻炉为被控对象，采用MCS—52单片机实现电阻炉温度计算机控制系统的设计，介绍电阻炉温度计算机控制系统的组成，并完成系统总体控制方案和达林算法控制器的设计，给出系统硬件原理框图和软件设计流程图等。

引言本文研究的是电阻丝加热炉的实时温度控制。

由于电加热系统控制具有升温单向性、大惯性、大滞后、时变性的特点，例如其升温单向性是由于电加热的升温保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却，当温度一旦超调就难以用制冷控制手段使其降温，因而难以用数学方法建立精确的模型并确定参数，应用传统的模拟电路控制方法难以达到理想的控制效果}’}。

本文作者以工控机为平台，工控组态软件MCGS为开发工具对炉温采用增量式PID运算控制，结合软件的定时器，进行脉宽调制输出(PWM)来控制固态继电器(S SR)的通断时间，得到很好的控制效果。

器构件，产生PWM脉冲，经I/O接口(P CL730)对SSR的导通时间进行控制，从而达到调功控温的目的。

一、设计任务和目的：应用MCGS组态软件，监控加热反应炉自动控制系统。

学习动画制作、控制流程的编写、变量设计、定时器构件的使用等多项操作。

结合工程实例，对MCGS组态软件的组态过程、操作方法和实现功能等环节等环节进行全面的讲解，使学生对MCGS组态软件的内容、工作方法和操作步骤在短时间内有一个总体的认识。

二、监控系统分析和总体设计2.1系统构成：本加热反应炉监控系统由上位机（MCGS）和下位机S7200CPU224PLC构成。

2.2组态界面：在开始组态过程之前，先对该工程进行剖析，一边从整体上把我整个工程的结构、流程、需实现的功能及如何实现这些功能。

2.3工程框架：●1个用户窗口：加热反应炉控制系统。

主要包括：加热炉、加热电阻丝、四个阀、两个液位传感器、压力传感器、温度传感器、温度计、压力表、加热指示灯、流动管件、六个控制按钮。

●定时器构件的使用●3个策略：启动策略、退出策略、循环策略2.4数据对象：2.5图形制作：机械手控制系统窗口●加热炉、加热电阻丝、加热指示灯●卸放阀、进料阀、氮气阀、排气阀、温度计、压力表●六个控制按钮、上下液位传感器、压力传感器、温度传感器。

2.6流程控制：按启动按钮后，系统运行；按停止按钮后，系统停止。

武汉华夏理工学院信息工程课程设计报告书课程名称计算机控制技术课程设计课程设计总评成绩学生姓名、学号学生专业班级自动化1142指导教师姓名李文彦课程设计起止日期2017.06.12-2016-6.23课程设计基本要求课程设计是工科学生十分重要的实践教学环节，通过课程设计，培养学生综合运用先修课程的理论知识和专业技能，解决工程领域某一方面实际问题的能力。

课程设计报告是科学论文写作的基础，不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力和文字表达能力，也是规范课程设计教学要求、反映课程设计教学水平的重要依据。

为了加强课程设计教学管理，提高课程设计教学质量，特拟定如下基本要求。

1.课程设计教学一般可分为设计项目的选题、项目设计方案论证、项目设计结果分析、答辩等4个环节，每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩。

2.课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求，该项目应能突出学生实践能力、设计能力和创新能力的培养；该项目有一定的实用性，且学生通过努力在规定的时间内是可以完成的。

课程设计项目名称、目的及技术要求记录于课程设计报告书一、二项中，课程设计项目的选题考核成绩占10%左右。

3.项目设计方案论证主要包括可行性设计方案论证、从可行性方案中确定最佳方案，实施最佳方案的软件程序、硬件电路原理图和PCB图。

项目设计方案论证内容记录于课程设计报告书第三项中，项目设计方案论证主要考核设计方案的正确性、可行性和创新性，考核成绩占30%左右。

4.项目设计结果分析主要包括项目设计与制作结果的工艺水平，项目测试性能指标的正确性和完整性，项目测试中出现故障或错误原因的分析和处理方法。

项目设计结果分析记录于课程设计报告书第四项中，考核成绩占25%左右。

5.学生在课程设计过程中应认真阅读与本课程设计项目相关的文献，培养自己的阅读兴趣和习惯，借以启发自己的思维，提高综合分和理解能力。

文献阅读摘要记录于课程设计报告书第五项中，考核成绩占10%左右。

图 3 单片机的最小系统
3) 模拟量给定输入 在本系统中，被控温度要求在 0~100℃任意调节，在这里采用模拟量给定。 0~5V 则对应 0~100 的温度预设置。通过电位器来实现电位在 0~5V 的调节。通过 STC12C2052 单片机的 AD 模块将模拟信号转换成数字信号送到单片机内部处理。
8 e 20 s ，设采样周期为 T=10s，期望的闭 15s 1
6
计算机控制与接口技术课程设计 环传递函数的一阶惯性环节的时间常数为 10s。即 N=2，可以求出系统的期望的 闭环脉冲传递函数
(z ) 0.6321z-3 1 - 0.3679z 1
被控对象为纯滞后的一阶惯性环节
G(z )
3.8928z-3 1 - 0.5134z 1
因此系统的数字控制器的传递函数为
D(z )
即
0.1624 - 0.0834z-1 1 - 0.3679z 1 0.6321z 3
U (z ) 0.1624 - 0.7743z -1 - 0.2848z -2 - 0.0021z -3 - 0.4902z -4 ......
二○一三 ～二○一四 学年第 一 学期
信息科学与工程学院
课程设计报告书
课程名称： 计算机控制与接口技术课程设计 班 级： 自动化0902 班 学 号： 200904134064 姓 名： 指导教师： 二○一二 年 十二 月
三、课题分析
在这里要求使用单片机系统实现对单相交流电炉温度闭环控制。温度控制带 有显著的滞后性，传统的控制系统不能理想地满足控制性能指标，所以采用计算 机控制技术来实现较好的控制效果。由于控制任务单一，并且需要在控制电路中 用到 A/D 转换模块，所以这里采用 STC12C2052AD 系列的增加型 51 单片机来完 成控制目标。首先需要设计硬件电路，包括 51 单片机的最小系统、温度采集电 路、模拟的输入给定电路，实时温度数值显示电路和电炉的调温电路。还需要考 虑的是单片机系统的电源供应，这里由于涉及到了交流强电系统，所以直接用 220V 的交流电实现直流稳压电源。接着实现软件部分，考虑到温度的大滞后环 节，程序中采用大林算法。为了方便程序对算法的实现，直接采用 C 语言编程而

第一章绪论1.1选题背景及意义加热炉是利用电能来产生蒸汽或热水的装置。

因为其效率高、无污染、自动化程度高，稳定性好的优点，冶金、机械、化工等各类工业生产过程中广泛使用电加热炉对温度进行控制。

而传统的加热炉普遍采用继电器控制。

由于继电器控制系统中，线路庞杂，故障查找和排除都相对困难，而且花费大量时间，影响工业生产。

随着计算机技术的发展，传统继电器控制系统势必被PLC所取代。

二十世纪七十年代后期，伴随着微电子技术和计算机技术的快速发展，也使得PLC 具有了计算机的功能，成为了一种以电子计算机为核心的工业控制装置，在温度控制领域可以让控制系统变得更高效，稳定且维护方便。

在过去的几十年里至今，PID控制已在工业控制中得到了广泛的应用。

在工业自动化的三大支柱（PLC、工业机器人、CAD/CAM）中位居第一。

由于其原理简单、使用方便、适应能力强，在工业过程控制中95%甚至以上的控制回路都采用了PID结构。

虽然后来也出现了很多不同新的算法，但PID仍旧是最普遍的规律。

1.2国内外研究现状及发展趋势一些先进国家在二十世纪七十年代后期到八十年代初期就开始研发电热锅炉，中国到八十年代中期才开始起步，对电加热炉的生产过程进行计算机控制的研究。

直到九十年代中期，不少企业才开始应用计算机控制的连续加热炉，可以说发展缓慢，而且对于国内的温度控制器，总体发展水平仍不高，不少企业还相当落后。

与欧美、日本，德国等先进国家相比，其差距较大。

目前我国的产品主要以“点位”控制和常规PID为主，只能处理一些简单的温度控制。

对于一些过程复杂的，时变温度系统的场合往往束手无策。

而相对于一些技术领先的国家，他们生产出了一批能够适应于大惯性、大滞后、过程复杂，参数时变的温度控制系统。

并且普遍采用自适应控制、模糊控制及计算机技术。

近年来，伴随着科学技术的不断快速发展，计算机技术的进步和检测设备及性能的不断提升，人工智能理论的实用化。

因此，高精度、智能化、人性化必然是国内外必然的发展趋势。