基于单片机电磁炉控制系统设计

机电系统控制与测试课程设计报告名称：电加热炉温度控制系统的设计院级：机电工程学院2011级专业班级：机械电子工程1班姓名：郑冬冰学号：201110834138指导教师：梁坚完成日期：2014年6月22日摘要随着国民经济的发展，人们对生活质量的要求越来越高，各种电子产品开始进入人们的生活并成为人们生活不可或缺的一部分，因此对电子产品的自动化控制的要求也越来越高，本设计正是选用了其中具有代表性的电加热炉作为研究对象。

本设计以单片机为核心对电加热炉的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。

为了实现高精度的温度控制，本单片机系统采用PID算法控制，通过控制双向可控硅改变电炉和电源的接通、断开，从而用改变加热时间的方法来实现对温度的控制。

本系统由按键显示和温度采样控制以及上下限报警几个模块组成，通过模块间的通信完成温度设定、实际温度和测量温度的显示等功能。

本文对系统的硬件、选型、软件中流程控制的实现均有较为详细的阐述，对使用的编程软件也有描述，对于本系统的控制特点也进行总结说明，比较详尽地叙述了整个系统的相关事宜。

关键词单片机PID算法温度控制2电加热炉温度控制系统的设计1 绪论1.1 课题背景及国内外研究概况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。

成熟的温控产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它们只能适应一般温度系统控制，而用于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。

随着我国经济的发展及加入WTO，我国政府及企业对此都非常重视，对相关企业资源进行了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，开展创新性研究，使我国仪表工业得到了迅速的发展。

南京工程学院课程设计任务书课程名称单片机原理及应用 A 自动化学院院（系、部、中心） 专 班 起 指 止 导 日 教 业 级 期 师20 周1．课程设计应达到的目的 运用<<单片机原理及应用 A>>课程等知识，根据题目要求进行软硬件系统的设计和 调试，从而加深对本课程知识点的理解，使学生综合应用知识能力、设计能力、调试能 力及报告撰写能力等显著提高。

掌握 8255 可编程并行接口芯片、七段数码管 LED 和键盘的应用。

2．课程设计题目及要求 一、题目 电磁炉控制程序设计 二、设计要求： 利用实验系统的硬件资源设计一个“带 LED 显示的电磁炉控制器” 。

控制面板如下：250W500W 750W 1000W 1500W2000W启 动＋－时 间工作流程如下： （1） 通上电源，电源指示灯亮，初始状态：功率指示灯 750W 亮。

LED 灯灭。

（2） 通过“＋”“－”键来选择功率。

、 （3） 按下时间键，LED 显示全 0 ，此时“＋”“－”键用来设置时间。

按加号键 、 一次， 时间加 1， 按减号键一次时间减 1， “99” 再按加 1 键则显示 若到 ， “00” ， “00”时按减 1 键则显示“99” 。

时间单位为分。

（4） 设定完成后按启动键，电磁炉开始工作3．课程设计任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要 求〕 根据任务书要求，在教师的指导下，独立完成设计方案，根据各模块功能，采用相 关知识完成各功能块的详细设计、调试以及系统测试。

完成设计任务后，由指导教师进行验收。

验收过程中，接受指导教师对综合应用能 力和实验能力的提问考查。

认真、规范地撰写课程设计报告，报告应包括： 封面 目录 内容部分包含： 一、设计任务（要求） 二、总体方案 三、原理框图 四、系统模块详细设计与调试 五、设计总结 六、参考文献 七、附件材料 （含硬件图、程序清单及说明、元器件清单和实物图片等）4．主要参考文献《单片机原理及应用实验指导书》 ，屈波等编，2007 年 《单片机原理及应用》 ，赵德安等编，机械工业出版社，2004 《单片机基础》，李广弟等，北京航空航天大学出版社，2004 年5．课程设计进度安排 起 止 日 期 工 作 内 容2007 年 4 月 30 日－5 月 17 日 5 月 8 日－5 月 8 日(上午) 5 月 8 日－5 月 8 日(下午) 5 月 9 日－5 月 10 日 5 月 11 日－5 月 11 日(上午) 5 月 11 日－5 月 11 日(下午)下达任务 总体设计及论证 详细设计 调试/测试 验收与考核 设计报告撰写6．成绩考核办法 根据考勤、设计调试、答辩验收、报告撰写情况综合评分。

基于单片机的炉温控制系统设计设计基于单片机的炉温自动控制系统设计宜春学院物理科学与工程技术学院自动化专业肖杰鸣指导老师：〔徐东辉〕摘要：在工农业生产中，温度是工业生产对象中主要的被控参数之一。

电阻炉是通过电流流过电阻体产生热量来加热或熔化物料的一种电炉。

电阻炉广泛地应用在化工、冶金等行业。

它对温度控制的要求较高，温度控制的好坏直接影响着产品质量及生产效率，因此电阻炉的温度控制在科学研究、工业生产中具有重要的意义。

本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，以电阻炉作为控制对象，用热电偶作为测量元件，用晶闸管作为输出控制元件来实现对电阻炉温度自动控制。

该系统利用K型热电偶温度传感器，把检测到的电阻炉温度的信号送入MAX6675芯片，经过信号放大等一系列转换后，再将信号送到单片机STC89C52内进行PID运算，同时可以通过键盘调节PID参数。

经PID运算后，比例调节输出量改变晶闸管控制量，变晶闸管的导通角，从而控制电阻炉的加热强度。

从而控制电阻炉的炉温。

关键词：电阻炉；MAX6675；单片机STC89C52；PID控制Abstract：SummaryIn the industrial and agricultural production , the temperature is accused of one of the main objects of industrial production parameters . Furnace current flowing through the resistor generates heat to a furnace for heating or melting the material . Resistance furnace is widely used in chemical, metallurgical and other industries. It requires a higher temperature control , temperature control has a direct impact on product quality and production efficiency , and therefore resistance furnace temperature control is of great significance in scientific research , industrial production.The design uses a single chip for data processing and control unit to resistance furnace as a control object , as the measuring element with thermocouple with thyristor as a control element to achieve the output resistance furnace temperature control . The system uses K -type thermocouple temperature sensor , to detect resistance furnace temperature signal into theMAX6675 chip , after a series of converted signal is amplified and then signal to the microcontroller STC89C52 PID operation , and can adjust the keyboard PID parameters. After the PID operation , adjust the output volume ratio of the amount of change in thyristor controlled , variable thyristor conduction angle, so as to control the intensity of the resistance heating furnace . To control the furnace temperature resistance furnace .Key words：The resistance furnace; MAX6675; SCM STC89C52; PID contro目录第1章绪论 (6)1.1 课题研究的背景及意义 (6)第2章系统总体设计方案 (7)设计总体思路 (7)2.2 系统技术指标 (7)系统总体设计方案 (7)第3章系统硬件设计 (9)温度检测局部 (9)K型热电偶 (9)温度信号处理芯片MAX6675 (10)时钟电路 (13)3.4 复位电路 (14)3.5 串口通信电路 (14)报警电路 (15)3.7 显示电路 (15)按键电路 (17)D/A转换电路 (18)第4章软件设计 (20)软件设计思路 (20)主程序流程图 (21)4.2.1温度检测与处理子程序 (22)4.2.2 报警子程序 (24)4.2.3 PID子程序 (24)4.2.4 显示流程图 (26)4.2.5 键盘扫描流程图 (27)4.2.6 键盘处理流程图 (29)4.2.7 D/A转换子程序流程图 (29)5.结束语 (30)6.致谢词 (31)参考文献 (32)附录A：硬件原理图 (35)附录B：程序 (36)第1章绪论1.1课题研究的背景及意义20世纪20年代以来，电阻炉就在工业生产中得到了广泛地应用。

摘要微波炉已在我国民用领域中普及开来。

微波炉加热的独特原理就是用微波来煮饭烧菜，由于其独特的加热原理，可以有效地保持原有食品的颜色、气味、口感和营养成分，也能在迅速解冻食品时保持食物的水分不丢失和新鲜度。

使用微波炉的过程中也很少产生烟气和热气，可保持厨房的清洁。

微波炉之所以有这么优良的性能，其原因就在于微波炉的广泛应用，它的广泛应用又促进了相关新技术的探索和发现，这些发现和新技术转而又被应用于微波炉性能的改造，这些都是息息相关的。

现在的微波炉技术已相当成熟。

本次设计研究主要是微波炉的控制系统。

本次设计的控制核心是89C52单片机，之所以选择单片机控制，是因为它的功能强、体积小、功耗低、工作可靠、价格便宜、使用简单方便等特点，特别适合应用于控制有关的系统。

整个微波炉控制系统设计主要包括主电路、电源电路、驱动电路、光电耦合隔离、89C52最小系统、键盘输入、液晶显示、PWM波输出等。

本设计有预设模式和人工输入模式两种，对微波炉工作的时间和火力进行调节，通过输出占空比不同的PWM波来模拟微波炉工作在不同火力下的状态，液晶显示屏能准确显示当前工作状态，我们可以根据自己的意愿继续、暂停、退出当前工作方式。

经过模拟仿真以及现场调试后，设计的微波炉控制系统安全可靠，工作稳定，顺利实现预期的各项功能。

关键词：89C52单片机；微波炉；控制电路；AbstractIn our country, microwave ovens have in civilian areas in popularity, due to its unique heating principle, it can effectively keep the original food color, smell, taste and nutrients, also can rapid thawing foods, keep the moisture of food and fresh. And in the use of the microwave oven almost do not produce fumes and hot air, so that the kitchen to keep clean. Microwave oven which has so good performance is relation with the application of new technology .This paper analyzes the control system of home microwave oven, and compares various control methods, and determines the overall control scheme of the system.. Because the monolithic integrated circuit has the characteristics of strong function, small size, low power consumption, cheap, reliable work, convenient use and the like. Therefore, it is especially suitable for control system, the design of the final selection of 89C52 single chip microcomputer as the control core, supplemented by the keyboard input module, LCD display module, photoelectric coupling isolation module and analog microwave modules to form a control circuit of the microwave. This design by default mode or manual input mode microwave oven working time and fire control, and through different output accounted for duty ratio PWM waves to mimic the microwave oven under different thermal working condition, LCD screen as man-machine interface synchronous display the current working state.After the simulation and the on-site debugging, the electric control system of the microwave oven is safe and reliable, and the work is stable, and the function of the microwave oven is smoothly realized.Keywords: MCU; microwave oven; control circuit;目录摘要 (I)1 引言 (1)1.1 微波炉简介 (1)1.2 本文主要研究工作 (2)2 微波炉的工作原理和总体方案设计 (3)2.1 微波炉的工作原理 (3)2.2 微波炉的基本构造 (4)2.2.1 控制电路 (4)2.2.2 高压变压器 (4)2.2.3 磁控管 (5)2.2.3 炉腔 (8)2.2.4 炉门 (8)2.3 总体方案设计 (8)3 硬件电路设计 (9)3.1 主电路的设计 (10)3.1.1 主电路方案分析 (10)3.1.2 主电路方案设计 (12)3.2 驱动电路的设计 (14)3.3 单片机选型及介绍 (15)3.3.1 单片机的选型 (15)3.3.2 单片机STC89C52的特点 (15)3.3.3 单片机最小系统设计 (16)3.4 光耦隔离控制模块的设计 (19)3.5 键盘输入和液晶显示电路 (20)3.5.1 键盘输入电路方案的选择 (20)3.5.2 显示电路方案的选择 (22)3.6 蜂鸣器电路 (25)3.7 风扇冷却电路 (26)4 软件设计 (28)4.1 主程序流程图 (28)4.2 PWM波控制子程序 (30)4.3 火力调节子程序设计 (30)4.4 烹饪时间设定子程序设计 (31)4.4.1 设置定时模式的方法 (31)4.4.2 时间设定程序流程图 (34)4.5 键盘扫描子程序设计 (34)4.6 液晶显示模块程序设计 (37)5 系统仿真调试和实物制作 (38)5.1 系统的仿真调试 (38)5.1.1 仿真结果及分析 (38)5.2 实物制作 (42)6 结论与展望 (45)6.1 论文总结 (45)6.1.1 主要工作及结论 (45)6.1.2 存在的问题 (45)6.2 感想及收获 (45)6.3 展望 (46)致谢.................................................... 错误!未定义书签。

• 184•基于C51单片机的电加热炉温度控制系统设计陈 强0 引言电加热炉在冶金、化工、机械等领域具备广泛的用途，但是其控制具有非线性、大滞后、大惯性和时变性等特点，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。

因此，基于简单的C51单片机控制器设计了电加热炉温度控制系统，采用经典PID 算法进行温度控制，实验结果表明，该PID 控制达到了较高的温度控制效果。

1 系统整体设计整个系统由C51单片机、温度控制驱动电路、电加热炉、传感器阵列、放大和滤波电路、多通道转换开关、ADC 模块和LCD 显示模块组成。

C51单片机为普通80C51单片机，用于整个系统的控制、传感器信号的采集以及电加热控制算法的实现。

温度控制驱动电路是电加热炉和控制器之间的桥梁，实施电加热炉的电源开断的实现。

传感器阵列采用多个温度传感器，分布在加热炉的不同地方，以实现整个加热炉的温度精准采集。

放大和滤波电路用于进行传感器信号的放大和滤除干扰信号。

ADC 模块用于采集各个传感器的实时温度数据。

温度传感器阵列用于感知加热炉内各点温度，由于炉内温度不均匀，则由各点值平均值作为控制依据。

温度传感器均为模拟温度传感器，其信号输出需要经过放大器和滤波器进行放大和滤波，之后送至AD 转换器，进行多路信号切换采样。

最终该信号送至单片机控制器中，由单片机控制对采集值进行换算，并将换算值显示在LCD 屏上，同时，将该温度值与设定值进行比较，计算误差值，并将该误差代入增量PID 控制算法，进而计算出控制增量，进而产生PWM 信号控制加热丝进行加热。

依次进行，直至实测温度值与设定值之差满足设定误差，即达到温度平衡。

2 系统硬件设计2.1 传感器采样电路传感器采样电路如图1所示，整个采样电路由惠更斯桥和比例放大电路构成。

传感器采用Pt 电阻丝，其0到500℃的测量区间，其电阻变化为100-280.9Ω，该电阻变化可被由R4、R5、R7构成的桥式电路采样得到，进而送入由R6、R8、R3、R9和LM324构成的比例放大电路进行信号放大，放大倍数为20倍，进而输入至下一级处理电路中。

北京信息科技大学自动化学院基于单片机的电热炉温度控制系统专业: 自动化班级: 自控1102 学号: 2011011024 2011010794 姓名: 王广富吴启婷摘要在生活中，从小型的空调，冰箱，到大型的工厂设备，人们对温度的控制越来越频繁，也越来越精确。

电热炉温度控制系统以C51单片机为基础，利用ADC0808对传感器进行采样，通过与设定值进行比较，对输出加以控制。

从而使得系统能够稳定在设定的范围内。

1.1硬件系统框图以下是硬件系统框图1.2各部分硬件的设计(1)采样电路设计因为ADC0809无法在protues中仿真，所以我选用的器件是ADC0808，功能和ADC0809一样。

但在管脚上有一点区别。

out8为最低位out1为最高位。

而ADC0809则不同。

在这里我用了一个OVEN器件，这个器件两端通电便会自动加热，在T输出端会输出温度相对应的电压，而且其对应的电压值就等于温度值。

因为温度的变化范围是0到100，而ADC0808的基准电压是5V，所以我用了两个电阻进行分压。

是采样信号在0—5V的范围内。

ADDA ADDB ADDC三个端口接地，选通IN0口。

(2)按键输入在这个实验中，我只用了一个按键，对设定温度进行设定，因为按键数目不多，所以系统直接采用非编码方式，直接连接单片机I/O口。

(3)显示部分系统采用LED七段数码动态显示电路来显示温度值，显示范围在0-99之间，该电路由显示、片选、译码三部分组成。

显示部分：由两个两位的LED七段共阴数码管构成，P1口接两个数码管的abcdefg和dp端，P3.4,P3.5是设定值的位选，P3.6,P3.7是当前温度的位选。

(4)输出控制控制部分采用了一个继电器，当P3.0口高电平时，继电器闭合，电热炉进行加热，当P3.0为低电平时，继电器断开，电热炉停止加热。

(5)系统硬件总设计图1.3.1 系统程序总流程图1.3.2 AD转换程序设计int AD() //AD转换{unsigned char Val_AD=0; //用于储存AD值START=0;_nop_();_nop_();_nop_();START=1;_nop_();_nop_();_nop_();START=0; //给START一个脉冲，启动AD转换while(EOC==0); //等待AD转换结束OE=1; //准备读取AD数据Val_AD=P0; //读取P0口的值，即为AD值Val_AD=Val_AD*0.3906;return (Val_AD);}(1) 进行A/D转换之前，要启动转换的方法：ABC＝000选择第一通道。

基于单片机的电加热炉温度控制系统设计
电加热炉随着科学技术的进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，很难用数学办法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和办法很难达到好的控制效果。

以其高牢靠性、高性能价格比、控制便利容易和灵便性大等优点，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。

采纳单片机举行炉温控制，可以提高控制质量和水平。

2 单片机炉温控制系统结构
本系统的单片机炉温控制系统结构主要由单片机控制器、输出部分、热电偶、温度变送器以及被控对象组成。

1所示。

炉温信号T通过温度检测及变送，变成电信号，与温度设定值举行比较，计算温度偏差e和温度的变幻率de/dt，再由智能控制算法举行推理，并得控制量u，可控硅输出部分按照调整电加热炉的输出功率，即转变可控硅管的接通时光，使电加热炉输出温度达到
抱负的设定值。

3 系统硬件设计
3.1 系统硬件结构
以AT89C为该控制系统的核心，实现对温度的采集、检测和控制。

该系统的工作流程2所示。

系统由变送器经A/D转换器构成输入通道，用于采集炉内的温度信号。

变送器可以选用DBW，型号，它将热电偶信号(温度信号)变为0～5 V 信号，以供A/D转换用。

转换后的数字量与炉温数字化后的给定值举行比较，即可得到实际炉温柔给定炉温的偏差及温度的变幻率。

炉温的设定值由BCD 拨码盘输入。

由AT89C51构成的核心控制器按智能控
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电磁炉工作时，虽然输入信号是市电的220 V交流电，但是为了保持功率恒定和内部稳定工作，需要对各参数进行实时的检测和控制，以有效地实现锅具超温保护、锅具干烧保护、锅具传感器开／短路保护、忘记关机保护、IGBT温度限制、IGBT温度过高保护、低温环境工作模式、IGBT测温传感器开／短路保护、高低电压保护、浪涌电压保护、VCE抑制、VCE过高保护、过零检测、小物检测、锅具材质检测、定时等功能。

这些参数中有很多是互相关联、互相影响的，因此，使用单片机实现检测和控制，无论从成本上，还是从可靠性、实现方案上，均是较好的选择。

1 控制参数及其相互关系1.1 电磁炉的工作原理电磁炉是一种利用电磁感应原理将电能转换为热能的厨房电器。

它有两种类型：一种是利用工频电流进行感应加热；另一种是利用15 kHz以上的高频电流进行感应加热。

前者称为"工频电磁炉"，后者称为"高频电磁炉"。

工频电磁炉无需进行工频到高频的变换电路，电路复杂性较小；但是，需要特殊的复合材料(一般为不锈钢、铁、不锈钢、铝四层复合)制成的烹饪锅具才能正常工作。

高频电磁炉需要设置高频变换和控制电路，但无需复合材料制成锅体。

家用电磁炉一般采用高频模式。

高频电磁炉热效率高达83％。

在电磁炉内部的主谐振部分，由整流电路将50 Hz／60 Hz的交流电压变成直流电压，再经过控制电路将直流电压转换成频率为20～50 kHz的高频电压。

高速变化的电流流过线圈时，产生高速交变的磁场；当磁场内的磁力线通过金属器皿时，底部会产生巨大的涡流，使器皿本身自行高速发热，然后再加热器皿内的物质。

1.2 电磁炉的检测和控制参数电磁炉工作时需要检测、控制的信号或参数有以下14种：工作电压(输入、模拟量)，工作电流(输入、模拟量)，IGBT工作温度(输入、模拟量)，输出到器皿的温度(输入、模拟量)，交流电过零(输入、数字量)．同步(输入、数字量)，风扇(输出、数字量)，蜂鸣器(输出、PWM)．IG-BT导通和截止(输出、PWM)，电源浪涌(输入／输出、数字量)，IGBT之C端的过压(输入／输出、数字量)，试探信号(输出、数字量)，按键监测(输入／输出、数字量)，显示控制(输出、数字量)。