基于单片机的工业电阻炉智能温度控制系统设计.doc

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1、摘要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P

2、ID运算，同时可以通过键盘调节PID参数。经PID运算后，将控制信号输出，同时通过LED显示器显示温度值，进而使电阻炉的炉温始终保持在设定范围内。本设计根据系统的需要，设计了硬件电路并详尽的介绍了组成硬件电路各个部分；根据各部分软件流程图编写了软件程序。关键词：电阻炉；MAX6675；单片机；PID控制目录摘要I第一章绪论11.1课题研究的背景及意义11.2电阻炉的应用与发展2第二章系统总体设计方案42.1设计总体思路42.2系统技术指标42.3设计方案选择42.4系统总体设计方案5第三章系统硬件设计73.1温

3、度检测部分73.1.1温度传感器的选择73.1.2热电偶的工作原理83.1.3温度信号处理芯片MAX667583.2单片机103.3时钟电路133.4复位电路143.5串口通信电路143.6报警电路153.7显示电路153.8按键电路183.9D/A转换电路19第四章软件设计224.1软件设计思路224.2系统软件流程图224.2.1主程序流程图224.2.2温度检测与处理子程序234.2.3报警子程序244.2.4PID子程序254.2.5显示流程图274.2.6键盘扫描流程图284.2.7键盘处理流程图29

4、4.2.7D/A转换子程序流程图30第五章调试结果315.1硬件调试315.2软件调试315.3联机调试31总结35参考文献36附录A：硬件原理图38附录B：程序39第一章绪论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。随着社会的发展，科学技术的进步，电阻炉被大量的应用在电力、冶金、机械、石油化工等工业生产中。在这些工业生产中，温度的测量及控制影响着生产安全、产品质量、生产效率等重要的技术经济指标，电阻炉温度控制的稳定性、精度、可靠性等要求也逐步提高。而在各个领域测温仪

5、器的实际应用表明，智能化仪器已经是现代电阻炉温度控制系统发展的主要方向[1]。基于此，设计一种智能化的电阻炉温度控制系统有广泛的应用前景及实际意义。电阻炉是利用电流流过电阻体，使其产生热量来加热或熔化物料的一类电炉。它的特点是：①电路简单；②对炉料种类的限制较少；（小型电阻炉可用来加热食品、干燥木材）；③炉温控制精度高；④容易在真空中加热等特点。它主要作用于：①机械零件的淬火、退火、渗碳等热处理；②各种材料的干燥、加热、烧结、熔化等。电阻炉的参数有工作空间尺寸、额定温度、额定电压、额定功率。电阻炉按炉温不同可分

6、为低温电阻炉(600～700℃以下)、中温电阻炉(700℃～1200℃)、高温电阻炉(1200℃以上)[2]。电阻炉的温度控制主要有：1、传统PID控制；2、智能控制。PID控制温度系统的效果，主要取决于P、I、D三个参数。PID控制对于确定了的温度系统控制效果较好，但是对控制大惯性、大滞后、时变性温度系统则难以保证其控制品质。电阻炉大多是经电阻丝加热升温，自然冷却降温的，当电阻炉的温度超调时，无法靠控制手段降温，所以电阻炉温度的控制具有滞后性、非线性、惯性、不确定性等特点。目前国内较成熟的电阻炉温度控制系统中

7、，以PID控制器为主。PID控制器对小型实验用的电阻炉控制效果良好，但对于大型工业用电阻炉，就难以保证电阻炉温度控制系统的稳定性及精度等问题。智能控制是一种不需要人操作就能驱动智能机械来实现其目标的自动控制。随着科学技术、控制理论的发展，国外的温度控制系统发展很迅速，基本实现对温度的智能控制。被广泛应用的温度智能控制方法有：模糊控制、神经网络控制、专家系统等。具有自适应、自协调、自学习等能力，使控制系统的控制精度、稳定性、抗干扰能力等性能得到保证[4]。本文以电阻炉为控制对象，以单片机STC89C52为硬件核心

8、元件，采用PID控制，该系统硬件电路设计简单、控制算法成熟稳定、系统性能优良。1.2电阻炉的应用与发展整体上，我国的电阻炉控制系统比国外发达国家要落后四、五十年，占主导地位的是模拟仪表控制，这种系统的控制参数由人工选择，需要配置专门的仪表调试人员，费时、费力且不准确。控制精度依赖于试验者的调节，控制精度不高，一旦生产环境发生变化就需要重新设置，操作不方便，控制数据无法保存。因而，对生产