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基于大林算法的电加热炉温度控制系统毕业设计

HefeiUniversity

基于大林算法的电加热炉温度控制系统设计课程名称计算机控制

技术课程设计

班级10级自动化1班

日期2013/06/20

2010级自动化专业《计算机控制技术》课程设计任务书

任务分工：针对本次设计课题，我们明确了各自的分工，顾胜池

主要负责软件程

序的编写、连接和调试，黄安福主要负责各个模块硬件的仿真和

调试

和部分模块程序的编写，柴文峰负责报告的整理。

摘要

电加热炉在化工、冶金等行业应用广泛，因此温度控制在工业生

产和科学研究中具有重要意义。其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。采用单片机进行炉温控制，具有电路设计简单、

精度高、控制效果好等优点，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。

常规的温度控制方法以设定温度为临界点，超出设定允许围即进

行温度调控：低于设定值就加热，反之就停止或降温。这种方法实现

简单、成本低，但控制效果不理想，控制温度精度不高、容易引起震

荡，达到稳定点的时间也长，因此，只能用在精度要求不高的场合。

电加热炉是典型的工业过程控制对象，在我国应用广泛。电加热

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。当其温

度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精

确的模型和确定参数，应用传统的控制理论和方法难以达到理想的控

制效果。本设计采用大林算法进行温度控制，使整个闭环系统所期望

的传递函数相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联来实现温度的

较为精确的控制。

关键词：单片机；A/D、D/A；达林算法；传感器；炉温控制

目录

一、绪论(5)

1.1系统设计背景(5)

1.2技术综述(5)

二、系统总体设计(5)

2、1系统概述(5)

2、2系统的结构框图(5)

三、硬件设计(7)

3、1微处理器80C51(7)

3、2温度传感器(8)

3、3驱动电路(9)

3、4键盘模块(9)

3、5LED显示模块(10)

四、软件设计(11)

4、1系统软件设计(11)

4、2大林算法的系统设计(11)

4、3程序控制流程图(13)

五、调试运行(14)

六、课程设计总结(15)

参考文献(17)

附录一系统原理图(18)

附录二程序(18)

一、绪论

1.1系统设计背景

近年来，加热炉温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统，

温度是工业生产过程中重要的被控参数之一，冶金﹑机械﹑食品﹑化

工等各类工业生产过程中广泛使用的各种加热炉﹑热处理炉﹑反应炉，

对工件的处理均需要对温度进行控制。因此，在工业生产和家居生活

过程中常需对温度进行检测和监控。由于许多实践现场对温度的影响

是多方面的，使得温度的控制比较复杂，传统的加热炉电气控制系统

普遍采用继电器控制技术，由于采用固定接线的硬件实现逻辑控制，

使控制系统的体积增大，耗电多，效率不高且易出故障，不能保证正

常的工业生产。随着计算机控制技术的发展，传统继电器控制技术必

然被基于计算机技术而产生的计算机控制技术所取代。

1.2技术综述

自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在电子技术的

迅猛发展，以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度控

制系统发展迅速，并在智能化自适应参数自整定等方面取得成果。在

这方面以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，并且都生产出了一

批商品化的性能优异的温度控制器及仪器仪表，在各行业广泛应用。

二、系统总体设计

2、1系统概述

本设计在硬件部分选择了单片机的AT80C51芯片为核心控制部分，

输出为K型热电偶传感器，检测温度后传回单片机系统，最后经过温

度控制系统，从而加热电阻，来达到控制电加热炉的目的。