单片机的工业电阻炉智能温度控制系统设计.docVIP

摘要 电阻炉是电流过电阻体产生热量来加热或熔化物料的一电炉。电阻炉在化工、冶金等行业因此温度控制在科学研究工业生产中具有重要意义。 信号放大摘要 I 第一章 绪论 1 1.1 课题研究的背景及意义 1 1.2 电阻炉的应用与发展 2 第二章 系统总体设计方案 4 2.1设计总体思路 4 2.2 系统技术指标 4 2.3 设计方案选择 4 2.4系统总体设计方案 5 第三章 系统硬件设计 7 3.1温度检测部分 7 3.1.1 温度传感器的选择 7 3.1.2 热电偶的工作原理 8 3.1.3温度信号处理芯片MAX6675 8 3.2 单片机 10 3.3 时钟电路 13 3.4 复位电路 14 3.5 串口通信电路 14 3.6 报警电路 15 3.7 显示电路 15 3.8 按键电路 18 3.9 D/A转换电路 19 第四章 软件设计 22 4.1 软件设计思路 22 4.2 系统软件流程图 22 4.2.1 主程序流程图 22 4.2.2 温度检测与处理子程序 23 4.2.3 报警子程序 24 4.2.4 PID子程序 25 4.2.5 显示流程图 27 4.2.6 键盘扫描流程图 28 4.2.7 键盘处理流程图 29 4.2.7 D/A转换子程序流程图 30 第五章 调试结果 31 5.1硬件调试 31 5.2 软件调试 31 5.3 联机调试 31 总结 35 参考文献 36 附录A：硬件原理图 38 附录B：程序 39 第一章 绪论 1.1 课题研究的背景及意义 20世纪20年代以来，电阻炉就在工业生产中得到了广泛地应用。随着社会的发展，科技的进步，在各个领域测温仪器的应用，智能化已是现代温度控制系统发展的主方向[]。 电阻炉是利用电流过电阻体产生热量来加热或熔化物料的类电炉。它的特点：电路简单；对炉料种类的限制少；（小型电阻炉可加热食品、干燥木材）；炉温控制精度高；容易在真空中加热等特点。它：机械零件的淬火退火、渗碳等热处理 ；各种材料的干燥、加热、烧结、熔化等。电阻炉的参数有工作空间尺寸额定温度额定电压、额定功率。电阻炉按炉温不同可分为低温电阻炉(600～700以下)、中温电阻炉(700～1200)、高温电阻炉(1200以上)。PID控制温度系统的效果，主要取决于P、I、DPID控制对于确定了的温度系统控制效果较好，但是对控制大惯性、大滞后、时变性温度系统则难以保证其控制品质。电阻炉大多是经电阻丝加热升温，自然冷却降温的，当电阻炉的温度超调时，无法靠控制手段降温，所以电阻炉温度的控制具有滞后性、非线性、惯性、不确定性等特点。目前国内较成熟的电阻炉温度控制系统中，以PID控制器为主。PID控制器对小型实验用的电阻炉控制效果良好，但对于大型工业用电阻炉，就难以保证电阻炉温度控制系统的稳定性及精度等问题。 智能控制是一种不需要人操作就能驱动智能机械来实现其目标的自动控制。随着科学技术、控制理论的发展，国外的温度控制系统发展很迅速，基本实现对温度的智能控制。被广泛应用的温度智能控制方法有：模糊控制、神经网络控制、专家系统等。具有自适应、自协调、自学习等能力，使控制系统的控制精度、稳定性、抗干扰能力等性能得到保证[4]。 本文以电阻炉为控制对象，以单片机STC89C52为硬件核心元件，采用PID控制，该系统硬件电路设计简单、控制算法成熟稳定、系统性能优良。 1.2 电阻炉的应用与发展 整体上，我国的电阻炉控制系统比国外发达国家要落后四、五十年，占主导地位的是模拟仪表控制，这种系统的控制参数由人工选择，需要配置专门的仪表调试人员，费时、费力且不准确。控制精度依赖于试验者的调节，控制精度不高，一旦生产环境发生变化就需要重新设置，操作不方便，控制数据无法保存。因而，对生产工艺的研究很困难，造成产品质量低、废品率高、工作人员的劳动强度大、劳动效率低、这些都缩减了企业的效益[3]。 目前在控制领域，电阻炉控制系统的水平在很大程度上取决于测控水平的高低。由于现代工业生产规模的不断扩大和生产工艺的日益复杂，对生产过程的自动控制提出了越来越高的要求，不但要求自动控制系统有优越的控制性能、良好的性能价格比、良好的可维护性等，还要求高可靠性、灵活的构成方式和简易的操作方法。这也使得生产过程自动控制技术得到了不断的发展。 近年来，随着计算机技术、超大规模集成电路技术、网络通信技术的进步，工业控制已逐步从单机监控、直接数字控制发展到以新型工业控制网络、智能化仪表和控制器为主要支撑技术的过程自动化与信息管理自动化相结合的计算机综合型控制系统，其本质是利用计算机技术对生产过程进行监视、操作和管理。从控制系统的角度讲，计算机控制系统经历了直接数字控制系统(DDC)、分散控制系统(DCS)、现场总线控制系统(FCS)三个阶段。而在过程控制系统中