毕业设计：基于单片机的电热炉温度控制系统设计.doc

1 绪论 单片机具有体积小、可靠性高、功能强、使用方便、性能价格比高等特点。国际上从1970年开始，国内自1980年以来，单片机已广泛应用于国民经济的各个领域，对各个行业的技术改造和产品的更新换代起重要的推动作用。 温度是工业生产和科学实验中一个非常重要的参数。许多生产过程都是在一定的温度范围内进行的，甚至对温度的要求相当严格，因此生产现场需要测量温度和控制温度。温度是电热炉需要控制的主要参数。在传统的电热炉温度控制系统中，炉温控制多采用人工调节和温度仪表监视相结合的方式，电热炉的电源通断大多采用交流接触器来控制。这种控制方式结构简单，但控制精度差，控制速度慢，在资源方面耗费人力且本身耗能多，控制器的噪音大，并且在控制温度的过程中由于接触器需要频繁接通与断开，会经常发生触点电弧放电的现象，极易造成短路，损坏接触器，对操作人员和设备带来不利影响和安全隐患。而传统的定值开关温度控制法存在温度滞后的问题，多数传统基于常规PD控制的控制装置，存在精度不高、效率低等问题。 1.1 课题背景及意义 随着社会的发展，温度的测量及控制已经变得越来越重要了。工业中的许多的装置的温度常常需要保持在一个既定的温度值上。传统的利用炉温控制采用温度仪表监视和人工调节相结合的方式已经不能够再满足生产的需要。并且随着科技的进步以及新产品的开发，温度的要求变得十分的重要，同时对于温度的精度方面的要求也变得越来越高了。在这一背景条件下，利用单片机对温度进行采样、控制等方面的优点，可以很好的满足工艺的要求。另外，随着科技的进步，单片机的发展也十分的迅猛。因其本身固有的体积小重量轻价格便宜，功耗低，控制功能强及运算速度快等特点，所以基于单片机的温度控制系统具有非常广阔的前景。 1.2 课题设计任务 单片机广泛应用于现代工业控制中，采用单片机系统对温度进行控制不仅具有着控制方便、简单和灵活性大等优点，而且还可以大幅度的提高被控温度的技术指标，从而可以大大的提高产品的质量。在本课题研究中，需要深入的了解51单片机在控制领域中的发展现状以及其应用前景，提高对大学本科阶段所学专业知识的融合和运用的能力，锻炼自己独立查阅和学习文献的能力，培养独立分析和解决问题的能力，通过软件的设计、程序的编写调试和硬件的制作切实锻炼自己的科研开发能力，加强自己的科技创新能力。主要任务如下： 1）系统学习和查阅了各类模拟电路以及电子元器件的功能、管脚图以及工作特性等一系列参数和使用方法，学习和实践多功能数字时钟的硬件电气设计原则及印刷电路板的制作；学习和研究AT89C51单片机相关的汇编语言程序编程、外部硬件接口以及内部定时中断等功能。 2）设计基于单片机的电热炉温度控制系统。 3）硬件电路设计和完成相应控制软件设计。 4）完成Keil+Proteus环境下的软硬件联调和仿真。 1.3 当今国内外研究动向 国外温度测控系统研究 国外对温度控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温度测控技术发展，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。 国内温度测控系统研究 我国对于温度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我工程术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上，掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。我国温度测控设施计算机应用，总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以单片机控制单参数单回路系统居多，真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。 2 总体方案论证 2.1 系统方案 此系统主要包括单片机控制系统、温度采集系统、温度显示模块、温度上下限调节模块以及外部存储模块等几部分组成。如下为系统的总体框架 由系统总体框架图可知，在温度控制系统中，经过DS18B20传感器检测到的温度值送入单片机中，在单片机内部经过数据的处理信号与给定的对应的所要求的温度值进行比较，同时还可以经过按键来调节温度的实时值，产生的温度值可以与存储器中存储的温度值进行比较，根据比较的结果来控制相应的指示灯的亮与灭，从而可以方便地控制温度的变化。此外，电热炉的温度控制的性能至关重要，传统的装置通常是基于常规的PID控制方案，往往会存在着精度不高以及工作效率较低的特点。特别是对于难以准确的确定其数学模型或者是具有非线性、纯滞后和时变的温度的控制过程，仅仅