电加热炉温度控制硬件系统设计

东华理工学院毕业设计(论文)封面东华理工学院长江学院毕业设计（论文）题目：电加热炉温度控制硬件系统设计英文题目：TheHardwareSystemDesignforElectricityHeatingFurnaceTemperatureControl系别：电子与机械工程系学生姓名：余天豪班级：023122指导教师：罗先喜专业：自动化二零零六年六月东华理工学院毕业设计(论文)摘要摘要本文以电加热炉的温度控制为被控对象，通过对电加热炉的温度控制对象特性的分析来确定电加热炉的温度控制硬件系统的设计和控制方案。本课题是高温电加热炉的温度控制系统为研究对象，其中第一部分为硬件设计，主要由控制电路（包括8031处理器）、存储器2716、键盘/显示器接口8279等）、测温及报警电路（包括声光报警、温度检测及A/D转换等）、调功电路等组成。系统采用温度补偿和过零触发等技术，从硬件上保证了测温精度，为提高控制精度打下了基础。在第二部分建立了被控对象的数学模型，控制采用比较成熟的变速积分分离PID算法，并通过仿真选择了控制律的参数。利用8031单片机构成了控制器，实现了实时控制。测量温度部分是靠热电偶来实现，热电偶的冷端补偿采用热电偶(铂銠10-铂铑热电偶)温度传感器，测量标准，克服了常规方法补偿误差大的缺点，该系统具有软启动、程序升温、键盘输入、显示打印等功能，使温度控制为误差达到≤±5℃，调节温度的超调量小于30%，实时显示炉内温度，记录温度变化的过程。为了在工业现场应用中具有较强的抗干扰能力，采取了一系列抗干扰措施。以单片机为核心，采用温度变送器桥路和8031，实现对电炉温度的自动控制。该控制系统具有硬件成本低、控温精度较高、可靠性好、抗干扰能力强等特点。有较高的适用价值和理论价值。关键字电加热炉；温度控制；8031单片机东华理工学院毕业设计(论文)AbstractAbstractTheheatingfurnacetemperaturecontroltocallfortheallegedtarget,ThroughFebheatingfurnacetemperaturecontrolanalysistodeterminetheidentityofthetargetheatingfurnacetemperaturecontrolsystemhardwaredesignandcontrolprogrammers.Thispaperstudiesonimprovingthehigh-temperatureresistancestovetemperaturecontrolsystem.Thehardwarehasbeendescribedonthefirstpartofthispaper.Itconsistsofthecontrol-circuit(included831CPU,2746/2864Amemory,key-boardanddisplayunitinterface8279etc),temperaturemeasurementandalarmcircuit(includedsound-lightalarm,temperaturemeasurementandA/Dconversioncircuit)andpowercontrolcircuitetc.Thetechniqueoftemperaturecompensationandzero-pointtrigginghasbeenusedinthesystem,andtheprecisionoftemperaturemeasurementguaranteedfromhardwarebuildsafoundationtoupgradetheprecisionofcontrol.Themathematicalmodelofthecontrolobjecthasbeenfoundedinthesecondpartofthispaper.ThematurealgorithmofvariablespeedintegralseparationPIDhasbeenadoptedincontrolrule,andtheparameterofcontrolruleisselectedbythesimulationanalysisincomputer.Thereal-timecontrolisusedtoorganizecontrolunitbythe8031.Singlechip.Forapplicationsintheindustrialscenehadastronganti-interferencecapability,adoptedaseriesofanti-interferencemeasures.ToShanpianjiatthecore,usingtemperatureBiansongqiKinRoadand8031,theachievementofanelectrictemperatureautomatic.Thecontrolsystemhasalowcosthardware,electricalhigherprecision;reliabilityisgood,stronganti-interferencecapabilitycharacteristics.Highvalueandthetheoreticalvalueoftheapplication.KeywordsElectricalheatingstove；Temperatureiscontrolled；8031Singlechip东华理工学院毕业设计(论文)目录目录摘要与关键词英文摘要与关键词绪论…………………………………………………………....……………………………11.电加热炉温度单片机控制系统总体方案设计…………………..….………………41.1系统的设计原则……………………...….………………………………………41.2系统总体方案设计和工艺要求……….……………………….……………...41.3系统概述……...………………………………………………………………..51.3.1系统的总体结构和框架图………...…………...………………………51.3.2系统的基本工作原理………….……...…………………………………62.温度控制硬件系统设计…………………...…………………………………………72.1原理图的设计原则………………………………………………………………72.2芯片功能介绍………………………………………………………………….72.2.18031芯片介绍…………………………………………………………72.2.28279芯片介绍………………………...…..………………………….102.2.3AD574A芯片介绍………………………...………………………….122.2.4其他主要芯片……………………………...…………………………162.3分模块详述系统各部分的实现方法…………………..………...…………….182.3.1交流电过零检测电路……………………….....…………..…………182.3.2A/D转换电路…………………………………….…………………...192.3.3温度检测和变送器………………………………….………………..212.3.4报警电路……………………………………………….………….….242.3.5显示模块与键盘电路………………………………………….……..252.3.6PC机与单片机(8031)的串行通讯………………….…….…...……262.3.7存储器扩展电路………………………………………………...……272.3.8其他主要电路…………………………………………………….…..282.4电加热炉温度控制系统的硬件结构图………………………...…………..….293.系统软件与模型………………...…………………...………………………………..303.1数学模型建立……………….………………...………………………………303.2控制系统的算法设计…………..……………...……………………………...303.3软件结构…………………………..…...……………………………………...323.4软件设计……………………………..…...…………………………………...36东华理工学院毕业设计(论文)目录4.系统实现技术………………………...………...…..…………………………………404.1硬件调试..………………………………...…………………………………...404.2软件调试……..……………………...………………………………………...40结论…………………………………..……………………………………………………41致谢………………………………………………………………………………………..42参考文献..…………………………………………………………………………………43附录1程序清单………..………………………………………………………………..44附录2电加热炉温度控制系统的硬件结构图…………………………………………55东华理工学院毕业设计(论文)绪论1绪论随着微电子技术和微型计算机的迅猛发展，微机测量和控制技术以其逻辑简单、控制灵活、使用方便及性能价格比高的优点得到了广泛的应用。它不仅在航空、航天、铁路交通、冶金、电力、电讯、石油化工等领域得到了广泛应用，而且在日常生活中诸如电梯、微波炉、电冰箱、电视机等高科技产品中也有广阔的使用前景，为工业生产的自动化、智能控制奠定了坚实的技术基础。加热炉作为一种应用广泛的热工设备之一。尽管它使用的加热方法不同，或工艺要求不同，温度有高低、精度也有差异，但作为被控参数之一的温度总是可用不同的测温元件和方法来获得，并通过微型计算机加以处理和控制，并按一定温度曲线工作，以满足生产需要。本课题的研究现状和研究意义：电加热炉以其无污染、操作方便、自动化程度高、可调范围大、节省基建投资等诸多优点逐渐受到人们的欢迎。但这其中对温度的控制上不是很理想，温差大、温度控制精度不准确。针对这一情况。本论文将介绍一种应用单片机对电热加热炉进行智能控制的温度系统。一般的电加热炉温度控制系统（如温度控制表控制接触器）的主要缺点是温度波动范围大。传统的以普通双向晶闸管(SCR)控制的高温电加热炉采用移相触发电路改变晶闸管导通角的大小来调节输出功率,达到自动控制电炉温度的目的。这种移相方式输出一种非正弦波,实践表明这种控制方式产生相当大的中频干扰,并通过电网传输,给电力系统造成“公害”。他们的工作多数是采用PID及改善的PID控制规律进行的。但是，PID控制算法也有它的局限性。尤其在离散系统中，采用周期较大或对象具有较大时滞特性时，控制效果不是很理想。本论文的研究意义是怎么用51系列单片机作为控制器去实现温度控制，达到需要的工业要求，实现起温度控制的作用，达到工作稳定、性能可靠。利用热电偶的冷端补偿采用铂电阻温度传感器，测量标准，克服了常规方法补偿误差大的缺点，该系统具有软启动、程序升温、键盘输入、显示打印等功能，使温度控制为误差达到≤±5℃，调节温度的超调量小于30%，实时显示炉内温度，记录温度变化的过程。单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样性，各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。在科研、生产中，常常需要对某些系统进行温度的监测和控制。需检测和控制的温度系统一旦确定，其热惯性大小和散热等各项硬件条件就确定了。这时，影响系统热平衡的因素主要有：系统温度T、设定温度Ta、系统周围的环境温度Ts以及加热方式和调节方法。目前已有的实现温控的方法有很多种，如：恒温法、比例式、积分式及其组合的调节方法等等，其中有的方法达到热平衡需东华理工学院毕业设计(论文)绪论2要