温度控制系统设计方案

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1、温度控制系统设计方案１　引言温度是工业过程控制中主要的被控参数之一，在冶金、化工、建材、食品、石油等工业中，工艺过程所要求的温度的控制效果直接影响着产品的质量。对于不同场所、不同工艺、所需温度高低范围不同、精度不同，则采用的测温元件、测温方法以及对温度的控制方法也将不同，随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术得到了迅速的发展和广泛的应用。越来越显示出其优越性。随着集成电路技术的发展，单片微型计算机的功能不断增强，许多高性能的新型机种不断涌现出来。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等

2、优点，成为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，在温度控制系统中，单片机更是起到了不可替代的核心作用。在工业生产中，如用于热处理的加热炉、用于融化金属的坩锅电阻炉等，都用到了电阻加热的原理。鉴于单片机技术应用的广泛性和优越性，温度控制的重要性，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本文就是根据这一思想来展开的。1.1系统设计的目的和任务1.1.1　系统设计的目的通过本次毕业设计,主要想达到以下目的：1.增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解。2.掌握单片机的内部功能模块的应用，如定时器/计数器

3、、中断、片内外存贮器、I/O口等。3.了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，为以后工作中设计和实现单片机应用系统打下基础。4.熟悉闭环控制系统的组成原理及单片机ＰＩＤ算法的实现方法。1.1.2　系统设计的任务1．查阅资料，弄清楚所要解决的问题的思路，确定设计方案。2．系统硬件电路设计。3．系统相关软件设计。4．仿真实现温度参数设定、转换、显示等功能。5．依据对象模型设计控制器参数，6．系统调试与分析；并依据调试结果予以完善。1.2毕业设计论文安排1.论证系统设计方案，设计系统原理图。621.系统硬件设

4、计与测试。2.绘制软件设计流程图，设计软件功能模块并调试。3.系统仿真与调试。4.系统调试，并依据调试结果完善设计。2　系统方案的论证与原理图设计2.1系统方案论证方案一：采用8031芯片作为控制核心，以ADC0809做模数转换，采用LED显示当前的温度和设定的温度，经过一定的算法来控制输出，从而来控制炉温。此方案的缺点是8031芯片内部没有程序存储器，在硬件设计中需要外扩展程序存储器，这样硬件电路比较复杂。在软件设计时的读取数据比较麻烦。方案二：采用AT89C51芯片作为控制核心，以ADC0809做模数转换，并用L

5、ED显示当前的温度和设定的温度，设置复位键和设定温度键，通过PID算法来控制输出，从而达到控制炉温的目的。此方案的优点是系统简明扼要，硬件电路比较简单；缺点是所测的温度精度不高。方案三：采用PLC西门子300来作为控制核心，并用LED显示当前的温度和设定的温度，经过一定的算法来控制输出，从而达到控制炉温的目的。此方案的优点是硬件电路简单，系统稳定；缺点是所设计的系统成本比较高。综上所述，并结合我们学校实验室的具体情况，选择第二种方案。2.2系统设计原理框图本系统采用典型的反馈式温度控制系统，系统组成见图2.1。图中数

6、字控制器的功能由AT89C51单片机实现；由热敏电阻、电桥、A/D转换器构成输入通道，用于采集炉内的温度信号，其中热敏电阻选用mf12-26型号，它将温度信号转变为阻值变化信号再经电桥变为0~5v标准电压信号，以供A/D转换用；转换后的数字量与炉温的给定值数字化后进行比较，即可得到实际炉温和给定炉温的偏差；炉温的设定值由键盘输入。由单片机构成的数字控制器按最小拍进行计算，计算出所需要的控制量。数字控制器的输出经标度变换后送给由p3.0通过t0调制的PWM波送至SSR，从而改变电阻炉单位时间内电压导通的百分比,从而控制

7、电阻炉加热功率，起到调温的作用。62AT89C51显示键盘电阻炉SSRAD转换温度采集SCR图2.1温度控制系统组成原理框图3硬件电路的设计3.1温度控制器的选择控制器选择目前市场上最流行的也是笔者最熟悉的atmel公司的AT89C51单片机。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集

8、和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。3.1.1AT89C51的主要特性·与MCS-51兼容·4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年·全静态工作：0Hz-24Hz·三级程序存储器锁定·1