电阻炉温度控制系统毕业设计论文.doc

南华大学电气工程学院毕业设计（论文） 第 PAGE \* MERGEFORMAT 97 页 共 NUMPAGES \* MERGEFORMAT 97 页 1引言 1.1 研究意义与背景 温度是工业生产中主要的被控参数之一，与之相关的各种温度控制系统广泛应用于化工、机械、冶金、食品等领域。温度控制是工业生产过程中常见的过程控制之一，在不少工艺过程中，温度的控制效果直接影响到产品的质量。所以设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。 温度控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点， 导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。采用单片机进行温度控制， 具有电路设计简单、精度高、控制效果好等特点，对提高生产效率、促进科技进步等方面具有重要的现实意义。随着单片机技术的迅速兴起与蓬勃发展，其稳定、安全、高效、经济等优点十分突出，所以其应用也十分广泛。单片机已经无处不在，与我们生活息息相关，并且渗透到生活的方方面面。 单片机的特点是体积较小，也就是其集成特性，其内部结构是普通计算机系统的简化，增加一些外围电路，就能够组成一个完整的最小系统，单片机具有很强的可扩展性。它具有和普通计算机类似的、强大的数据处理功能，通过使用一些科学的算法，可以获得很强的数据处理能力。所以单片机在工业应用中，可以极大地提高工业设备的智能化、数据处理能力和处理效率，而且单片机无需占用很大的空间。 随着检测理论和技术的不断更新, 温度传感器的种类也越来越多，在微机系统中使用的传感器，必须是能够将非电量转换成电量的传感器，目前常用的有热电偶传感器、热电阻传感器和半导体集成传感器等，每种传感器根据其自身特性，都有它自己的应用领域。 1.2 电阻炉简介 电阻炉的简介 电阻炉是利用电流使炉内电热元件或加热介质发热，从而对工件或物料加热的工业炉。工业上用的电阻炉一般由电热元件、砌体、金属壳体、炉门、炉用机械和电气控制系统等组成。电热元件具有很高的耐热性和高温强度，很低的电阻温度系数和良好的化学稳定性。电热元件的分布和线路接法，依炉子功率大小和炉温要求而定。电阻炉的供电电压一般为220V或380V，必要时配置可调节电压的中间变压器。一般而言，小型炉(10KW)采用单相供电，大型炉采用三相供电。 1.3 温度检测的意义与技术发展 温度是一个非常重要的物理量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、结晶以及空气流动等物理和化学过程。如果温度失去控制，就可能引起生产安全、产品质量、产品产量等一系列问题。因此对温度的检测的意义就越来越大。温度采集控制系统在工业生产、科学研究和人们的生活领域中得到了广泛应用。在工业生产过程中，很多时候都需要对温度进行严格的监控，以使得生产能够顺利的进行，产品的质量才能够得到充分的保证。使用自动温度控制系统可以对生产环境的温度进行自动控制，保证生产的自动化、智能化能够顺利、安全进行，从而提高企业的生产效率。 温度采集控制系统是在嵌入式系统设计的基础上发展起来的。嵌入式系统虽然起源于微型计算机时代，但是微型计算机的体积、价位、可靠性，都无法满足广大对象对嵌入式系统的要求，因此，嵌入式系统必须走独立发展道路。这条道路就是芯片化道路。将计算机做在一个芯片上，从而开创了嵌入式系统独立发展的单片机时代。 2 系统总体设计及方案论证 2.1 系统总体设计 本章主要论述基于单片机的温度控制系统以及方案论证。本系统由单片机、加热模块、温度信号采集与A/D转换、人机交互及串口通信、按键电路、显示电路、报警电路、复位电路、时钟电路、稳压电源模块十部分分组成。由于功能模块具体实现的器件的不同，将直接影响整个系统的性能及成本，为了达到高效、实用的目的，在系统设计之前的方案论证是十分重要的，系统设计原理图如图 2.1 所示： 人机交互及串口通信 人机交互及串口通信 单 片 机 控制执行及报警单元温度信号采集与A/D转换稳压电源模块 控制执行及报警单元 温度信号采集与A/D转换 稳压电源模块 图 2.1 系统设计原理图 单片机：该部分的功能不仅包括向温度传感器写入各种控制命令、读取温度数据、数据处理，同时还要对执行单元进行控制。单片机是整个系统的控制核心及数据处理核心。 温度信号采集与A/D转换：本部分的主要作用是用传感器检测模拟环境中的温度信号，温度传感器上电流将随环境温度值线性变化。再把电流信号转换成电压信号，使用 A/D 转换器将模拟电压信号转换成单片机能够进行数据处理的数字电压信号，本设计采用的是数字温度传感器，以上过程都在温度传感器内部完成。 人机交互及串口通信：人机交换的目的是为了提高系统的可用性和实用性。主要包括按键输入、输出显示。通过按键输入完成系统参数设置，而