基于单片机的工业电阻炉智能温度控制系统设计课程设计.doc

大学毕业设计说明书（毕业论文） PAGE III 基于单片机的工业电阻炉智能温度控制系统设计 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PID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 TOC \o 1-3 \h \z \u 摘要 h I 第一章 绪论 h 1 1.1 课题研究的背景及意义 h 1 1.2 电阻炉的应用与发展 h 2 第二章 系统总体设计方案 h 4 2.1设计总体思路 h 4 2.2 系统技术指标 h 4 2.3 设计方案选择 h 4 2.4系统总体设计方案 h 5 第三章 系统硬件设计 h 7 3.1温度检测部分 h 7 3.1.1 温度传感器的选择 h 7 3.1.2 热电偶的工作原理 h 8 3.1.3温度信号处理芯片MAX6675 h 8 3.2 单片机 h 10 3.3 时钟电路 h 13 3.4 复位电路 h 14 3.5 串口通信电路 h 14 3.6 报警电路 h 15 3.7 显示电路 h 15 3.8 按键电路 h 18 3.9 D/A转换电路 h 19 第四章 软件设计 h 22 4.1 软件设计思路 h 22 4.2 系统软件流程图 h 22 4.2.1 主程序流程图 h 22 4.2.2 温度检测与处理子程序 h 23 4.2.3 报警子程序 h 24 4.2.4 PID子程序 h 25 4.2.5 显示流程图 h 27 4.2.6 键盘扫描流程图 h 28 4.2.7 键盘处理流程图 h 29 4.2.7 D/A转换子程序流程图 h 30 第五章 调试结果 h 31 5.1硬件调试 h 31 5.2 软件调试 h 31 5.3 联机调试 h 31 总结 h 35 参考文献 h 36 附录A：硬件原理图 h 38 附录B：程序 h 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，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