基于单片机对加热炉温度控制系统.doc

计算机控制设计课程设计报告班级姓名学号课程设计题目：基于单片机对加热炉温度控制系统本课程设计要求使用单片机作为核心进行控制。传统的控制方式以不能满足高精度，高速度的控制要求。近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式，如：PID控制，模糊控制，神经网络及遗传算法控制等。这些控制技术大大的提高了控制精度，不但使控制变得简便，而且使产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生产效率。本系统使用8031单片机，使温度控制大为简便。技术参数和设计任务：1、利用单片机8031对温度的控制，以实现加热炉智能化；2、达到将8031输出的信号送出，设计了8155接口电路设计；3、达到控制温度，设计温度控制电路；4、达到A/D转换，设计ADC0809转换电路；5、达到检测温度反馈给8031，设计了传感检测电路6、为了让单片机系统运行，设计了主程序，T0中断服务程序，采样子程序，数字滤波程序。一、本课程设计系统概述1、系统原理加热炉是将物料或工件加热的设备。按热源划分有燃料加热炉、电阻加热炉、感应加热炉、微波加热炉等。应用遍及石油、化工、冶金、机械、热处理、表面处理、建材、电子、材料、轻工、日化、制药等诸多行业领域。加热炉按炉温分布，炉膛沿长度方向可分为预热段、加热段和均热段。单片机的温度控制是数字控制系统的一个应用。本系统所使用的加热炉为电加热炉，炉丝功率为3kw，系统要求炉膛恒温，误差为士2℃,超调量可能小，温度上升较快且有良好的稳定性。单片机温度控制系统是以MS-5l单片机为控制核心，辅以采样反馈电路，驱动电路，晶闸管主电路对电炉炉温进行控制的微机控制系统。系统的原理框图如图1所示，其基本控制原理为:：用键盘将温度的设定值送入单片机，启动运行后，通过信号采集电路将温度信号采集到后，送到A/D转换电路将信号转换成数字量送入单片机系统进行PID控制运算，将控制量输出，控制电阻炉的加热。2、系统结构图图1原理框图3、文字说明控制方案给定一个值送到8031控制电路，由8031控制电路产生信号，送到驱动电路，驱动电路驱动晶闸管主电路，主电路控制被控对象，输出所需的温度，最后采集电路把采集来的温度送到8031控制电路，这样就是一个循环。二、硬件设计1、总体设计系统控制主电路是由8031及其外围芯片，及一些辅助的部分构成的。图2总体设计原理图2、程序存储器的扩展8031片内不带ROM，采用8031芯片时，须扩展程序存储器。用作程序存储器的芯片主要有EPROM和EEPROM。由于EPROM价格低廉、性能可靠，所以本次设计用EPROM.EPROM是紫外线可擦除电可编程的半导体只读存储器，掉电后信息不会丢失。EPROM中程序一般通过专门编程器可写入。常用的EPROM芯片主要有：2716、2732、2764、27128、27256等。扩展程序存储器时，一般扩展容量大于256字节，因此，除了由P0口提供低8位地址线外，还需由P2口提供若干地址线，最大的扩展位为64K字节，即需16位地址线。具体方法是CPU应向EPROM提供三种信号线。即A：数据总线：P0口接EPROM的O0-O7。B：地址总线：P0口经锁存器向EPROM提供地址低8位，P2口提供高8位地址以及片选线。C：控制总线：PSEN片外程序存储器取指令控制信号，接EPROM的OE，ALE锁存器的EA接地。图32764管脚图结合本次设计，选择扩展的型号为27643、温控模块的设计温度检测元件和变送器的选择和被控温度及精度等级有关。本设计采用镍铬/镍铝热电偶，此电偶用于0到摄氏度的温度测量范围。系统功能和系统的工作工程为：反映炉温的热电偶,用于采集炉内的温度信号，将采集到的信号经冷端补偿后送运算放大器放大,由变送器将热电偶信号（温度信号）变为电流输出，再由高精密电流/电压变换器将电流信号变为标准电压信号，将放大的电压送入采样保持器和转换电路后得到与炉温相应的数字量。具体设计为，将温度传感器输出的电流信号I，输入到电流/电压转换电路，在采样电阻R1上获得对应的电压分量VR=R1*，并将该值经过由R2，C1构成的带有一定延时(时间与温度传感器的响应时间相对应)作用的低通滤波电路后，输入到放大器A1的正相端。因为传感器输出4mA时，在取样电阻上的电压不是零，直接经模拟/数字转换电路转换后的数字量不是零，所以单片机不能直接利用，这样利用稳压管产生一个精确基准电压与R3。RW1构成的可调分压电路，通过调节RW1可以获得精确的=(Rx/RW1)，该值可用于抵消4mA电流在取样电阻上产生的压降，所以当温度传感器为最小值4mA时，A1的2脚与3脚之间的电压差基本为0V。与A1相连的C2、R3、R4、R5构成带有积分校正的放大电路，积分校正会增加系统的惯性，对变化较快的信号起阻尼作用。通过适当调整电阻