基于单片机的电阻炉温度控制系统的设计

分类号:TP182.+2学号20079023硕士学位论文基于单片机的电阻炉温度控制系统的设计丁敏导师姓名职称巨永锋教授申请学位级别工学硕士学科专业名称交通信息工程及控制论文提交日期2011年11月2日论文答辩日期2011年12月25日学位授予单位长安大学答辩委员会主席刘涳教授学位论文评阅人马松龄副教授刘涳教授DesignDesignDesignDesignofofofofResistanceResistanceResistanceResistancefurnacefurnacefurnacefurnaceTemperatureTemperatureTemperatureTemperatureControlControlControlControlSystemSystemSystemSystemBasedBasedBasedBasedononononMMMMicrocontrollericrocontrollericrocontrollericrocontrollerAAAADissertationDissertationDissertationDissertationSubmittedSubmittedSubmittedSubmittedforforforforthethethetheDegreeDegreeDegreeDegreeofofofofMasterMasterMasterMasterCandidateCandidateCandidateCandidate：DingDingDingDingMinMinMinMinSupervisorSupervisorSupervisorSupervisor：：：：Prof.Prof.Prof.Prof.JuJuJuJuYongfengYongfengYongfengYongfengChang’anUniversity,Xi’an,Chinai摘要电阻炉被广泛地应用在工业生产中，它的温度控制效果直接影响到生产效率和产品质量，因而对温度控制系统的要求很高。目前工业电阻炉通常采用常规PID控制，但是工业电阻炉的温度控制具有非线性、大惯性、大滞后等特点，难以对其建立精确的数学模型，因而常规PID控制难以取得良好的控制效果。因此，设计一个控制精度高、运行稳定的电阻炉温度控制系统具有很高的应用价值。本文以电阻炉为控制对象，以单片机AT89C51为核心元件所实现的温度控制系统具有自动完成数据采集、数据处理、数据转换控制、键盘终端处理及显示的功能。当实际温度超过设定的温度的范围时,系统会自动发出报警，与传统的炉温控制系统相比,在稳定性、精度、易实现程度等方面都有明显的改善。在算法研究方面，本设计建立了电阻炉控制系统的数学模型，依据超稳定理论设计了一个结构简单、易于实现的参考模型自适应(MRAC)算法，根据仿真结果得知该算法具有超调量小，跟踪速度快等特点。最后对系统进行调试及仿真，结果表明该系统运行稳定、控制效果好、性价比高，具有良好的应用前景。关键词：关键词：关键词：关键词：电阻炉，温度控制，单片机，自适应控制iiAbstractAbstractAbstractAbstractResistancefurnaceisappliedextensivelyinindustryproduction．Thecontrolresultoftemperaturecontrolsystemwilldirectlyaffectqualityofproductsandefficiencyofproductionsotheexactprecisionisdemanded．AtpresentconventionalPIDcontrolmethodisusedusuallybymostdomesticresistancefurnaceinindustries．Thetemperaturecontrolforresistancefurnacehasmanycharacteristicssuchasnon—linearity,biginertia,greatlag．Itisdifficulttoestablishitsaccuratemathematicmodelsowecan'tobtainthesatisfiedresultusingtheconventionalPIDcontrolmethod．Therefore，itisveryvaluabletodesignthetemperaturecontrolsystemwhichhasexactprecisionandsteadyoperation．Inthethesis,thetemperaturecontrolsystemthattheobjectisresistancefurnace,thetemperaturecontrolsystembasedonsingle-chipAT89C51canaccomplishdatasampling,dataprocessingandautomaticdataconversion,andkeyboardanddisplayterminalhandling．Whentheactualtemperatureisoutofthesettingtemperature,itcanalarmfortheusers．Comparedwiththetraditionaltemperatureofstovecontrol,ithasobviousimprovementsinmanyfacts,suchasstability,accuracy,facilityandsoon．Itisstudiedtheresistancefurnace,setupamathematicalmodel,constructedamodel-referenceself-adaptivecontrolarithmeticbyusingPopovcriteriontheory．Thesimulatingresultsshowtheadvantageofthisarithmetic．Bytheexperimentalverification,thissystemoperateswell．Ithashighaccuracytomeasureandcontrolobjectandbeenusedeconomically．KeyKeyKeyKeywordswordswordswords：Resistancefurnace，TemperatureControl，MCS，self-adaptivecontroliii目目目目录录录录第一章绪论.......................................................11.1课题研究的背景..............................................11.2温度控制技术的发展..........................................11.3测控技术在控制领域方面的应用................................31.4国内外研究现状..............................................31.5论文的总体结构..............................................4第二章硬件系统总体设计方案........................................62.1硬件系统总体设计方案一.....................................62.2硬件系统总体设计方案二.....................................82.3硬件系统总体设计方案的选择.................................9第三章温度控制系统硬件设计........................................103.1传感器选择及放大电路设计...................................103.1.1传感器的选择...........................................103.1.2热电偶介绍.............................................103.1.3放大电路的设计.........................................123.2A/D转换电路设计...........................................133.2.1ADC0809芯片引脚介绍....................................133.2.2ADC0809的内部逻辑结构及通道选择表......................153.2.3ADC0809的控制时序图....................................153.2.4ADC0809与单片机的连接图................................163.3人机交互的设计.............................................173.3.1独立式按键与单片机的接口设计...........................173.3.2显示接口设计...........................................173.4温度控制电路的设计.........................................213.5抗干扰处理.................................................22第四章温度控制系统软件设计.......................................244.1主程序设计.................................................244.1.1主程序初始化设置..........................................274.1.2主程序流程图.............................................274.1.3主程序清单...............................................274.2温度采集模块设计.............................................274.2.1采集模块的流程图绘制......................................284.3温度控制子程序...............................................284.3.1温度控制程序..............................................30iv4.3.2温度控制程序流程图.........................................304.4按键程序设计..................................................314.4.1独立式按键程序设计.........................................314.4.2独立式按键程序.............................................324.5数字滤波和标度变换............................................324.5.1原程序及注释.......................