加热炉温度控制系统设计毕业论文.doc

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1、摘 要工业生产中，实现对加热炉炉温的精确控制对产品质量、热处理都是非常重要的。本文以AT89C52单片机为控制核心，进行了加热炉炉温控制系统的总体设计，并重点完成了温度检测电路、键盘显示电路、报警电路、时钟电路、以及温度控制电路的设计任务。该系统功能强、精度高、硬件电路简单，且工作稳定可靠，可实现控制的精度要求。关键词：单片机；加热炉；温度控制Abstract Industrial production of resistance furnace, the accurate control of temperature on product quality, heat treatment la

2、bor intensity is very important. This system is based on AT89C52 as control core, the temperature control system of furnace, and the overall design of the temperature detection circuit, finished keyboard display circuit, alarm circuit, clocking circuit and temperature control circuit design. This sy

3、stem is strong, high precision, simple, and the hardware circuit is stable and reliable, also the precision of the control can be realized.Key words: Single chip；furnace；temperature control 目 录1 引言12 温度控制系统设计方案42.1 硬件设计方案42.2 炉温控制器模型52.2.1控制器模型比较52.2.2炉温控制器数学模型的建立83 主体硬件电路设计123.1 STC 89C52单片机123.1.1

4、 STC89C52单片机的引脚及功能123.2. 温度测量173.2.1.检测原件173.2.2 热电偶测温基本原理183.2.3 温度变送器181 引 言温度的测量与控制是生产过程自动化的重要任务之一。温度控制系统在工业控制中应用广泛，如在电厂建设、石油化工、冶金、机械制造、食品加工等行业中应用十分普遍。主要是通过将工业控制现场的温度模拟量通过传感器采集，再经过AD/转换成数字量输入计算机，由温度控制系统软件实现数据的存储、处理、显示的过程。如今在很多温度控制系统中，一般是选用单片机来实现。图1.1 系统框图图1.1中被测参数温度经热电偶WB测量后转换成毫伏信号，经变送器转换成05V电压信号

5、；再经多路开关，把8座退火炉的温度测量信号分时地送到采样/保持器和A/D转换器进行模拟/数字转换；转换后的数字量经I/O接口读入到CPU,在CPU中经数据处理（数字滤波、标度变换和数字控制计算）后，一方面送显示，并判断是否有警报，另一方面与给定值进行比较，然后根据偏差值进行控制计算。控制器输出经D/A转换器转换成420mA电流信号，以带动执行机构动作。当采样值大于给定值时，把天燃气阀门关小，反之将开大阀门，这样通过改变进入退火炉的天然气的流量，达到控制温度的目的。本系统不但可以进行恒温控制，而且可以通过软件设计使其能按着一定的升温曲线控制。退火炉是冷轧钢板热处理的重要热工设备,在国内广泛应用。

6、其各个工艺段的温度控制是影响后续钢板处理的关键因素。在经济危机的大背景下,如何实现退火炉的有效温度控制,有着重要的意义。退火炉的温度控制具有升温速度快,惯性大,时变等特点。其升温,保温是依靠其炉内的煤气空气混合燃烧来达到工艺要求的,降温则是依靠环境自然冷却。炉温温度一旦超调就无法用控制手段使其降温,因此对于各个温度段控制的主要控制目标就是超调量,超调量的失调会导致炉温控制不稳定,钢卷废品率高,安全隐患大,当系统中某座退火炉发生底限或超限报警时，将发出声光报警信号，提醒操作人员注意，并采取相应措施。 2 温度控制系统设计方案2.1 硬件设计方案以单片机位核心组成的工业控制，数据采集系统，种类繁多

7、，用途各异，硬件设计涉及到多方面接口电路和结构，如模拟电路，驱动电路等。本文设计的各种芯片的原理，结构和应用方法，是以89C52单片机位最小应用系统的。在单片机的应用系统中，信号往往有数字或模拟信号混合存在。这样，模拟部分与数字部分的功能分工是硬件设计的重要内容。它涉及到应用系统研制的技术水平和难度。在这种模拟，数字系统中，模拟电路，数字逻辑电路功能与计算机 （2-1）式中，1为退火炉时间常数，K为调节体统总的放大倍数，为系统的纯滞后时间，且=NT，T 为采样周期。3 主体硬件电路设计3.1 STC 89C52单片机单片机 (Single-Chip-Microcomputer)又称微控制器(M

8、icrocontroller)，其实就是一个简化的微机，将微机的CPU、存储器、串行工/0接口、并行1/0接口、定时器/计数器等集成在一片芯片上就是单片机了，单片机虽然只是一个芯片，但无论从组成还是从功能上来看它都具有了微机系统的含义。它主要用来完成各种控制功能。相对微机来说，单片机价格很低，非常适用于简单的控制场合以降低12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。（a）内部方式时钟电路 （b）外部方式时钟电路图3.2时钟电路3.1.2复位及复位电路（1）复位操作复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从000

9、0H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。除PC之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如表3.1所示。表3.1 一些寄存器的复位状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H（2）复位信号及其产生图3.5 单片机最小系统3.2. 温度测量因为退火炉的

10、温度测温范围是0 1000摄氏度，所以根据设计要求检测原件选用镍铬-镍铝热电偶（分度号为K），对其输出信号为041.2643毫伏。温度变送器选用现成的集成一体化变送器，在01000摄氏度时对应输出为05伏。5 软件设计5.1 设计思路、流程图本系统要完成温度信号的采集与控制，需要实现温度信号的采集与A/D转换、数据处理、数据显示、数据传输等基本功能。从功能上可将其分为温度信号采集及A/D转换、数据处理、人机交互、执行四大部分进行设计，软件系统框图如图5.1所示： 图5.2 主程序流程图总结该控制系统的硬件是实现温度控制的基础，温度控制系统硬件电路设计部分包括单片机的控制电路设计、加热炉温度数据

11、采集处理分析与设计、键盘接口与其原理设计、显示及其接口设计、报警显示接口设计等。控制电路采用STC89C52单片机为控制核心。完成了键盘显示的接口电路设计。键盘设计采用矩阵式键盘，显示部分采用LCD显示器,及报警复位等辅助电路构成。整个过程中，从开始接到论文题目到系统电路的实现，再到论文的撰写，每走一步都是对我们的尝试与挑战，在收集和查阅了国内外炉温控制系统的相关资料，仔细地分析了各种现行的温控系统的优点与不足。并且在结合我国内地实际情况的基础上，专门针对在中小企业加热炉设计了以套基于单片机的炉温自动检控系统。考虑到该系统主要是为一些不具备自动化专业知识的人员设计，那么该系统不仅要成本低廉，而

12、且要具有较高的工作稳定性，拥有人性化的简易的人机交互平台。在综合了各方面因素后，该系统决定以STC89C52单片机为核心来设计出一套精度高、重复性好、自动化程度高，可以大大提高产品质量和减轻工人的劳动负担的炉温自动控制系统。当然该系统设计还存在问题，比如在硬件电路原理中所应用的一些电阻、电容等没有经过精确的计算，应用的一些集成芯片的介绍不够详细，软件编程也存在一些问题等。由于能力和时间的关系，难免有很多不尽人意的地方，敬请各位老师批评并提出宝贵意见。参考文献1张毅刚等，单片机原理与应用M.北京：高等教育出版社。20072赵德安等，单片机原理与应用.J第1版.北京:机械工业出版社，20053冯博

13、琴等，微型计算机原理与接口技术J。北京：清华大学出版社。20064李华等，MCS-51系列单片机实用接口技术.第1版M. 北京:北京航空航天大学出版社，19935谭克俊，张忠选.单片机在电炉温度控制系统中的应用J.大连海事大学学报.1993.066关力鑫.单片机温度控制系统的总体设计J.农机使用与维修.2010.7罗懿.单片机温度控制系统J.计算机工程应用技术.2010.038陈嘉艳.炉温度控制系统的研制J.仪器设备的研制与开发.2001.019刘为柱.电炉温度控制技术研究J.硬质合金.1995.0910何瑞贤.电炉温度计算机控制系统J.鞍钢技术.198911程加斌.电炉温度的模糊控制J.自动

14、化与仪表.1993.1112陈慧.基于单片机的温度控制系统的软件设计J.计算机技术与应用.2009.0813周正林，张昕.基于单片机的炉温度控制系统设计J.信息技术.2005.0614彭秋红，沈占彬.基于单片机温度控制系统的硬件设计J.机电产品开发新.2010.0615孙林.温度控制系统的设计J.商丘职业技术学院学报.2010.0316阎如忠，陈云，方明伦.一种电炉温度模糊控制器的软硬件实现J.自动化仪表.2001.0417张伟，马红.高性能的炉温度控制系统的设计J.山东建材学院学报.1993.0118戴华.温度控制的计算机辅助设计系统J.湖北水利水电职业技术学院学报.2010.1119王忠全

15、.基于单片机的温度控制系统的研究J.机械与电子.201020张毅，张宝芬，曹丽，彭黎辉.自动检测技术及仪表控制系统M.北京：化学工业出版社。200921李蓓，王卫红.温度采集与控制系统的设计J.电子设计工程.2009.0622Gabriel C.New In-Situ Calibration of Diode Detectors Used in Six-Port Network Analyzers Port Network Analyzers J.IEEE.Transactions On Instrumentation And Measurement，1990，（19） ： 42-46.23G.W.Hunter，L.G.Oberle，G.Baakalini.Intelligent Sensor Systems for Integrated System (11) ：1365-1368.谢 辞该系统设计是在刘老师的悉心指导下完成的。感谢刘老师在百忙之中抽出时间督促指导我完成设计任务。在指导我设计的这两个月中，我深刻的感受到刘老师那一丝不苟的严谨治学态度和深厚的专业知识功底以及那份执着的职业精神。不仅在学习上深深的感染了我，人格魅力上也深深的触动了我。再次表示衷心的感谢。祝愿您和您的家人：合家欢乐，身体健康，心想事成。附 录系统设计图