毕业设计论文-基于单片机的炉温控制系统设计Word下载.doc
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摘要
随着电子技术的飞速发展，单片机在国民经济生产各行业发挥了重要的作用。
它因为集成度高、体积小、运行可靠、应用灵活、价格低、面向控制等特点得到了广大工程技术人员和客户的好评。
在温度控制方面，单片机能够代替常规的模拟调节器。
本文主要设计了单片机炉温控制系统硬件电路和软件程序。
系统具工作可靠、实时性强等特点，满足控制精度的要求。
本着在满足系统性能要求的前提下，尽可能的减少硬件成本。
本文主要涉及到控制系统的硬件设计和单片机的控制软件编程。
本系统选用AD590对炉温进行检测，并且选用OP07低漂移高精度前置放大器，对信号进行放大。
在PCF8951完成数模转换之后，8051单片机对数据进行处理。
采用分段方法控制三台电阻炉温度。
人机接口电路部分能实现温度设定、温度显示、超温报警等功能。
本设计对温度的调节时间不做说明。
本文重点介绍硬件的选取与接口电路的设计、模拟量输入通道和开关量输出通道的设计以及相应算法的软件程序编程。
关键词：
单片机；
炉温控制；
接口电路
Abstract
Withtherapiddevelopmentofelectronictechnology,Single-chipproductionofvarioussectorsinthenationaleconomyplayedanimportantrole.Itisbecauseofthehighintegration,smallvolume,reliableoperation,flexible,lowpriceandapplicationforcontroloftheengineeringcharacteristicsoftechnicalstaffandcustomers.Intemperaturecontrol,SCMcanreplaceconventionalanalogregulator.Thispaperdesignsthetemperaturecontrolsystemofmicrocontrollerhardwarecircuitandsoftwareprogram.Withreliablework,real-timesystemasthecontrolaccuracyrequirements.Basedonsystemperformancerequirementsinthepremise,reducecostofhardware.ThispaperinvolvescontrollingsystemofhardwaredesignandtheSCMcontrolsoftwareprogramming.ThissystemchooseAD590thermocoupletotesttemperatureandchooseOP07lowdriftofpreamplifiertoamplifiysignal.InPCF8591completedigital-to-analog8051singlechipmicrocomputer,afterprocessingofdata.Segmentationcontrolalgorithmofthreeresistancefurnacetemperature.Canrealizehuman-machineinterfacecircuitofthetemperaturesetting,temperaturedisplay,andovertemperaturealarmetc.Thedesignoftemperatureregulationtimetodothat.Thispaperintroducesthehardwaredesignofinterfacecircuitandanaloginputchannel,andchannelofswitchingoutputcorrespondingalgorithmandthedesignofsoftwareprogramming.
Keywords:
SCM;
Temperaturecontrol;
Interfacecircuit
目录
第一章引言 1
第二章单片机在炉温控制中的应用 2
2.1单片机与炉温控制系统 2
2.1.1单片机在温度控制系统的应用 2
2.1.2单片机在本设计中应用 2
2.2炉温控制的发展 3
2.2.1炉温控制的发展现状与方向 3
2.2.2炉温控制技术发展趋势 3
第三章炉温控制系统总体设计 5
3.1单片机控制系统设计 5
3.1.1系统硬件设计 5
3.1.2系统软件设计 5
第四章处理器的选用 7
4.1MCS-51单片机 7
4.1.1MCS-51单片机内部结构及引脚 7
4.1.2MCS-51单片机的复位 10
4.3单片机炉温控制系统主机系统的设计 10
第五章人机接口电路设计 11
5.1温度设定电路设计 11
5.1.1数字拨码盘 11
5.2LED显示电路设计 11
5.2.1显示管与单片机的接口设计 11
5.3报警接口设计 12
5.3.1警报器 12
第六章过程通道设计 14
6.1模拟量输入通道 14
6.1.1模拟量输入通道的组成和特点 14
6.1.2模拟量输入通道的设计 15
6.2器件的选择 16
6.2.1放大器的选择 16
6.2.2传感器的选择 16
6.2.3模拟开关的选择 16
6.2.4逐次逼近式ADC 17
6.3开关量输出通道 18
6.3.1开关量输出通道的构成及特点 18
6.3.2开关量输出通道的设计 19
6.4器件的选择 19
6.4．1双向可控硅 19
6.4.2光电隔离器的选择 20
第七章单片机炉温PID控制系统软件程序设计 21
7.1主程序和中断服务子程序设计 21
7.1.1主程序设计 21
7.1.2定时器T0中断服务子程序 21
7.2子程序设计 22
7.2.1温度检测子程序SAMP设计 22
7.2.2数字滤波子程序FILTER设计 22
7.2.3温度控制子程序设计 23
7.2.4PID子程序设计 24
总结 29
参考文献 30
第一章引言
近几年来，我国的工业信息化程度不断加深，温度已成为工业对象控制中一种重要的参数，它是一种常见的过程变量，因为它直接影响发酵、烘烤、煅烧、浓度、蒸馏、挤压成形，空气流动以及结晶等物理和化学过程。
温度控制不好就可能引起产品质量和产量，生产安全等一系列问题。
特别是在食品，冶金、机械、化工等各类工业中，广泛使用各种热处理炉、加热炉、反应炉等。
由于炉子的原理和功能的差异，所采用的加热方法及燃料各不相同，有天然气、油电、煤气等。
对于不同工艺要求和生产条件的温度控制，控制方案也有所不同。
控制方案有推断控制，直接数字控制（DDC），模糊控制（Fuzzy），预测控制，模糊控制（Fuzzy），专家控制（ExpertControl），鲁棒控制（RobustControl）等。
随着工业技术的突飞猛进，传统的控制方式以不能满足高速度，高精度的控制要求，原有的温度控制方式，如温度控制表温度接触器，存在主要缺点是温度波动范围大，由于他主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的目的，受交流接触器的寿命和仪表本身误差的限制，通断频率很低。
如今，随着以微机为核心的温度控制技术不断发展，用微机取代常规控制的方式已成必然，因为它确保了生产过程的正常进行，提高了产品的质量与数量，节约了能源，减轻了工人的劳动强度，并且能够使加热对象的温度按照某种指定规律变化。
而且微型计算机在智能温度测量和控制电器中的控制作用是一种智能行为，所以，它具有功耗低的特点和普通仪表温度测量相比，智能温度测量与控制电器是一种节能电器。
无论是对广大用户还是对于整个社会来说都具有重大的意义[1]。
本设计通过对基于MCS-51单片机的炉温控制系统的设计来降低劳动强度，提高劳动生产率。
同时通过本设计来全面检验大学期间所学的专业知识，提高发现问题，分析问题，解决问题的能力
30
第二章单片机在炉温控制中的应用
2.1单片机与炉温控制系统
2.1.1单片机在温度控制系统的应用
以前，人们是通过模拟仪表对炉温进行控制，采用人工手动操作，依据个人的工作经验和控制系统返回的数据来调节相应的设备，控制效果不太理想，生产也不稳定。
从五十年代开始，随着计算机的出现，人们开始在工厂、实验室或其它测试环境中用计算机进行数据采集和处理。
单片机凭借其集成度高，运算快速快，体积小、运行可靠，价值低廉的优势，在数据采集、机电一体化、过程控制、智能化仪表、网络技术以及家用电器等方面得到广泛应用，本文主要介绍单片机在炉温控制中的应用。
在工业化生产中，需要有大量的加热设备，如用于熔化金属的坩埚炉、用于热处理的加热炉，以及各种不同用途的反应炉，加热炉，温度控制成为制约工业发展的重要环节。
随着计算机技术的不断发展，用于工业生产中炉温控制的微机控制系统更加成熟。
实践证明，它具有功能强、精度高，经济性好的特点，无论在提高产品质量还是产品数量，能源环保，还是改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。
2.1.2单片机在本设计中应用
该系统以MCS-51单片机为核心构成一个炉温控制系统，该系统具有对电炉温度的实时控制，定时检测和调节，温度数据显示并打印，存储必要的信息等功能。
由外部操作键盘，输入给定数值，进行相应的参数设定，并可以根据需要进行手动、自动之间的切换。
本系统主要由单片机应用系统主机板、晶闸管主电路及电气控制、温度检测与信号放大模块、数字控制与同步触发模块等部分组成。
单片机应用系统主机板采用模块式结构，功口线和各信号设计成总线形式，应用系统的各部分都通过总线插座方便地与单片机接口。
为了更好的便于维护，同时还配备有多个接口。
系统运行时，从键盘输入给定值，由微机构成的数字控制器采用模糊控制算法，进行过程控制、控制效果较好。
图2-1单片机炉温控制系统结构图
2.2炉温控制的发展
2.2.1炉温控制的发展现状与方向
50年代，由于计算机的出现，人们开始在实验室、工厂或其它条件中使用用计算机进行数据采集和处理。
此时的计算机只起到“离线”的应用，功能较单一，且过程装置和微机之间没有任何物理上的连接。
随着计算机技术的进一步发展，提供了过程装置与计算机之间的接口，人们开始用直接连接方法，使计算机与变送器和执行部件之间的信号双向传递无需人工干涉。
1962年，英国帝国工业公司安
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