电炉炉温控制系统设计开题报告[].docVIP

电炉炉温控制系统设计开题报告 一、课题的开发背景与需求分析 随着现代科学技术的迅猛发展，各个领域对温度控制系统的精度、稳定性等的要求越来越高，控制系统也千变万化。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制等等。随着电炉广泛应用于各行各业， 其温度控制通常采用模拟或数字调节仪表进行调节，但存在着某些固有的缺点。而采用单片机进行炉温控制，不仅可以大大地提高控制质量和自动化水平，而且具有良好的经济效益和推广价值。 本设计以AT89C51单片机为核心控制器件，以MAX6675作为A/D转换器件，采用闭环直接数字控制算法，通过控制可控硅来控制热电阻，进而控制电炉温度，最终设计了一个满足要求的电炉微型计算机温度控制系统。 二、调研分析 经过开题期间的文献查阅和实际情况调研，了解到在控制过程中主要应用AT89C51、MAX6675、LED显示器、LM324比较器，而主要是通过型（镍铬－镍硅）热电偶温度传感器采集环境温度，以单片机为核心控制部件，并通过四位数码管显示实时温度的一种数字温度计。软件方面采用汇编语言来进行程序设计，使指令的执行速度快，节省存储空间。为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了，使硬件在软件的控制下协调运作。?而系统的过程则是：首先,通过设置按键,设定恒温运行时的温度值，并且用数码管显示这个温度值.然后,在运行过程中将采样的温度模拟量送入A/D转换器中进行模拟－数字转换，再将转换后的数字量用数码管进行显示，最后用单片机来控制加热器,进行加热或停止加热，直到能在规定的温度下恒温加热。采用型（镍铬－镍硅）热电偶其可测量1312℃以内的温度，其线性度较好，而且价格便宜。型热电偶的输出是毫伏级电压信号，最终要将其转换成数字信号与CPU通信。传统的温度检测电路采用“传感器－滤波器－放大器－冷端补偿－线性化处理－A/D转换”模式，转换环节多、电路复杂、精度低。在本系统中，采用的是高精度的集成芯片MAX6675来完成“热电偶电势－温度”的转换，不需外围电路、I/O接线简单、精度高、成本低。MAX6675是MAXIM公司开发的K型热电偶转换器，集成了滤波器、放大器等，并带有热电偶断线检测电路，自带冷端补偿，能将K型热电偶输出的电势直接转换成12位数字量，分辨率025℃，工作电压为3.0～55V。温度数据通过SPI端口输出给单片机,其冷端补偿的范围是20～80℃,测量范围是0～102375℃。表1 MAX6675的引脚功能图引脚号 名称 功能 1 GND 接地端 2 T- 热电偶负极（使用时接地） 3 T+ 热电偶正极 4 VCC 电源端 5 SCK 串行时钟输入端 6 片选信号 7 SO 数据串行输出口 8 NC 悬空不用 MAX6675的CS引脚从高电平变为低电平时, MAX6675 将停止任何信号的转换并在时钟SCK的作用下向外输出已转化的数据。相反,当CS从低电平变回高电平时, MAX6675将进行新的转换。在CS 引脚从高电平变为低电平时, 第一个字节D15 将出现在引脚SO。一个完整的数据读过程需要16个时钟周期,数据的读取通常在SCK的下降沿进行。 MAX6675的输出数据为16位,其中D15 始终无用, D14～D3, D2用于检测热电偶是否断线(D2为1表明热电偶断开) , D1 为MAX6675 的标识符, D0 为三态。需要指出的是:在以往的热电偶电路设计中,往往需要专门的断线检测电路, 而MAX6675 已将断线检测电路集成于片内,从而简化了电路设计。D14～D3 12 位数据,其最小值为0 ,对应的温度值为0 ℃; 最大值为4095 , 对应的温度值为1023.75 ℃; 由于MAX6675 内部经过了激光修正, 因此, 其转换结果与对应温度值具有较好的线性关系。温度值与数字量的对应关系为: 温度值= 1023.75 ×转换后的数字量/ 4095。 由于MAX6675 的数据输出为3 位串行接口, 因此只需占用微处理器的3 个I/ O 口。图2 是以89C51系列单片机为例给出的系统连接图。使用时, 可用软件模拟同步串行读取过程。图中串行外界时钟由微处理器的P1.3 提供,片选信号由P1.2 提供,转换数据由P1. 1 读取。热电偶的模拟信号由T+ 和T-端输入,其中T- 需接地。MAX6675 的转换结果将在SCK的控制下连续输出，如图1所示。 图温度检测电路当时，报警系统报警。显示部分可实时显示温值。多功能控制按键，通过软件控制实现按键的多功能操作，可以完成设定温度基准值和报警取消等功能。 图2 基本模拟反馈控制回路 被控量的值由传感器