电阻炉温度控制系毕业设计.doc

电阻炉温度控制系毕业设计 目 录 第1章 概 述 1 1.1 电阻加热炉介绍 1 1.2 电阻加热炉温度控制系统的目的和意义 1 1.3 电阻加热炉的特点与展望 1 1.4 控制算法 2 1.4.1 模糊控制 2 1.4.2 神经网络 3 1.5 PID控制算法 3 1.6 电阻加热炉温度控制系统设计的指导思想 5 1.7 系统主要技术参数 5 第2章 方案论证 6 2.1 单片机的选择 7 2.2 温度传感器的选择 7 2.2.1 热电阻 8 2.2.2 集成温度传感器 8 2.2.3 热电偶 8 2.3 检测放大电路的选择 10 2.3.1 采用差分放大电路 10 2.3.2 电压比较器方案 10 2.3.3 使用普通集成运算放大电路 10 2.4 模数转换电路的选择 11 2.4.1 采用V/F转换器 11 2.4.2 采用双积分型A/D转换器MC14433 11 2.4.3 采用逐次逼近型A/D转换器AD574A 12 2.5 键盘的设计 12 2.5.1 独立式按键接口 12 2.5.2 矩阵式键盘接口 13 2.6 显示器的选择 15 2.7 接口芯片 8255A 17 第三章 硬件电路设计 20 3.1 主控制器8051单片机 20 3.1.1 8051单片机的主要功能如下 20 3.1.2 8051单片机的优点 20 3.1.3 8051单片机的时钟和复位电路 21 3.1.4 8051单片机的引脚图 22 3.2 前向通道的设计 23 3.2.1 温度检测电路 23 3.2.2 模数转换电路 25 3.3 后向通道的设计 28 3.4 接口电路的设计 30 第4章 系统软件设计 32 4.1 PID计算程序 32 4.2 程序设计 34 4.2.1 主程序设计 34 4.2.2 中断程序的设计 35 4.2.3 键盘输入子程序流程图 38 4.2.4 显示子程序流程图 39 4.3 数字滤波子程序 40 4.3.1 数字滤波的优点 40 4.3.2 数字滤波的常用方法 40 4.3.3 几种滤波方法的比较 44 总 结 45 致 谢 46 参考文献 47 附录1:电阻炉温度控制硬件电路 49 附录2:程序清单 50  第1章 概 述 1.1 电阻加热炉介绍 电阻加热炉和一般燃烧炉相比具有占地小，无污染，操作管理方便，易于控制质量和热效率高等优点。电阻加热炉是热处理生产中应用最广泛的加热设备，这样在加热时均温过程的测量与控制就成为关键性的技术，促使人们更加积极地研究控制热加工工艺过程的方法。电阻加热炉的温度控制具有升温单向性，大惯性、大滞后、时变性等特点。其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。随着电力工业的稳定发展和机械、电子和食品等工业的发展，电阻炉的比重和功能亦将不断增加。电阻加热炉是典型的工业过程控制对象，在我国有着广泛的应用。 1.2 电阻加热炉温度控制系统的目的和意义 在工业领域，如冶金、机械、建材及化工等部门，都大量使用各种炉窑，如用于热处理的加热炉，用于熔化金属的塔锅电阻炉等。炉窑运行时，温度是需要测控的最基本参数。不同炉窑的加热方法与所用燃料有所差异，但被控对象都可归于有纯滞后的一阶惯性环节。温度以往多采用常规仪表加接触器式的断续控制，存在不少固有的缺点。为了提高产品质量与数量，节约能源，改善劳动环境，已逐步采用微机控制技术。本文将应用目前性能价格比较高的8051单片机，对电阻炉进行温度控制。电阻炉是一类量大而广的工业设备，利用单片机实现炉内温度的实时控制、数字显示，对于提高劳动生产率和产品质量，节约能源等都有着积极意义。 1.3 电阻加热炉的特点与展望 在电力稳定的供应条件下，电热炉和燃料炉相比有许多优点，特别是不需要燃料贮存、输送及燃烧后灰渣和庞大的烟气排放、净化等装置，从而有占地小、装置 简单、操作管理方便和无CO2、SO2等污染的优点;同时对加热质量较易控制和保证，可按需要进行整体、局部或表面加热，从而质量高和热效率高。 由于以上特点，电热炉适合于高级材料和零部件的制造，节能效果亦好，从而在汽车、电机、家电和电子等机电加工组装工业得到广泛应用。今后随着电力工业的稳定发展和加工业和加工高度化与比重的扩大，电阻炉、感应炉和电阻丝加热等将不断发展;在钢铁工业、金属制品和窑业等高能耗部门，随着深度加工、高质量产品和陶瓷材料等的开发，加上对节能和对CO2等的控制，电阻加热炉比重亦将扩大。 1.4 控制算法 1.4.1 模糊控制 模糊控制利用隶属度函数和模糊合成法则等思想巧妙地综合了人们的直觉经验，从而在其他经典控制理论和现代控制理论不太奏效的场合，如具