文档介绍：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。
系统设计的目的和任务
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、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。
系统设计的任务
查阅资料,弄清楚所要解决的问题的思路,确定设计方案。
系统硬件电路设计。
系统相关软件设计。
仿真实现温度参数设定、转换、显示等功能。
依据对象模型设计控制器参数,
系统调试与分析;并依据调试结果予以完善。

论证系统设计方案,设计系统原理图。
系统硬件设计与测试。
绘制软件设计流程图,设计软件功能模块并调试。
系统仿真与调试。
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

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LED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。

本系统采用典型的反馈式温度控制系统,。图中数字控制器的功能由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。,从而改变电阻炉单位时间内电压导通的百分比,从而控制电阻炉加热功率,起到调温的作用。

AT89C51
显示
键盘
电
阻
炉
SSR
AD转换
温度采集
SCR
温度控制系统组成原理框图
3 硬件电路的设计
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—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)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。
AT89C51的