加热炉温度控制系统设计-卢雨生

哈工大科技园应用技术学院

题目：

毕业论文设计

加热炉温度控制系统设计

姓 名： 卢雨生 所在系部： 电气自动化

2011年 4 月

摘 要

随着计算机技术、控制理论和控制技术的发展，电加热炉的温度控制技术日趋成熟，已经成为工业生产中的一个重要部分。

本设计为基于单片机的电加热炉温度控制系统，通过控制电阻丝两端电压的工作时间，来控制电阻丝的输出平均功率，从而实现对电加热炉温度的自动控制。系统分为温度测量、A/D转换、单片机系统、键盘操作系统、温度显示电路、报警电路、D/A转换等若干个功能模块。该系统具有硬件成本低，控温精度较高，可靠性好，抗干扰能力强等特点。

关键词：电加热炉；单片机；温度控制；固态继电器

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目 录

摘 要 .............................................................................................................................. I

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目 录 .......................................................................................................................... II 第一章 控制系统设计 ............................................................................................... 1

1.1 系统基本结构 ............................................................................................................................................. 1 1.2 预期达到的性能指标 ................................................................................................................................. 1 1.3 温度检测电路及元器件选择 ..................................................................................................................... 2 1.3.1 放大器AD522 ...................................................................................................................................... 2 1.3.2 桥式测量电路设计 ............................................................................................................................. 3 1.4 单片机最小系统外围电路 ......................................................................................................................... 3 1.4.1 单片机8051 ........................................................................................................................................ 3 1.4.2 电源电路设计 ..................................................................................................................................... 4 1.4.3 看门狗电路设计 ................................................................................................................................. 5 1.4.4 系统时钟电路设计 ............................................................................................................................. 6 1.5 数据采集电路的设计 ................................................................................................................................. 7 1.5.1 模数转换器AD574 .............................................................................................................................. 7 1.5.2 多路转换开关CD4051 ........................................................................................................................ 9 1.6 键盘显示接口技术及报警电路 ............................................................................................................... 10 1.6.1 8279的组成及工作原理 ..................................................................................................................... 10 1.6.2 管脚功能说明 ................................................................................................................................... 12 1.6.3 8279与键盘显示器的连接 .............................................................................................................. 13 1.6.4 LED报警电路的设计 ........................................................................................................................ 14 1.7 温度控制电路设计 ................................................................................................................................... 14

第二章 温控系统的软件设计 ................................................................................. 16

2.1 主程序流程图 ........................................................................................................................................... 16 2.2 键盘扫描和译码过程的流程图 ............................................................................................................... 17 2.3 通道数据采集的流程图 ........................................................................................................................... 17 2.4 单片机主程序流程图 ............................................................................................................................... 18

结 论 ........................................................................................................................... 20 致 谢 ........................................................................................................................... 21 参考文献 ..................................................................................................................... 22

II

第一章 控制系统设计

1.1 系统基本结构

本系统结构框如图1-1所示，系统由8051单片机、温度检测电路、模数转换电路、温度控制电路、8279键盘显示器等组成。炉内温度由热电阻测温元件和电阻元件构成的桥式电路测量并转换成电压信号送给放大器的输入端，使信号变成0-5V电压信号，再经多路转换开关CD4051将信号送入A/D转换器，将此数字量经过数字滤波，标度转换后，一方面通过LED将炉温显示出来；另一方面，将该温度值与被测温度值比较，根据其偏差值的大小，采用比例微分控制（PID控制），通过固态继电器控温电路控制电炉丝的加热功率大小，从而控制电炉的温度，使其逐渐趋于给定值且达到平衡。

1.2 预期达到的性能指标

（1）可测控的温度范围0—1000℃ ； （2）实时显示温度、越限报警； （3）控制精度±2℃ ，显示精度±1℃；

（4）实现一炉多点检测，并可扩展多炉多点检测。

图1-1 系统结构框图

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1.3 温度检测电路及元器件选择

单片机温度控制系统中的重要环节就是温度检测元件的选择以及测温电路的设计。一般测量电路由测温元件、信号调理电路、信号放大器等组成。本次设计采用的是pt100型铂电阻温度传感器，因其测量范围大，复现性好，稳定性强等特点而被广泛使用。放大器则选用单芯片高精度集成AD522。

1.3.1 放大器AD522

AD522是AD公司推出的高精度数据采集放大器，利用它可在恶劣的环境下获得高精度的数据。它的线性好，具有较高的共模抑制比、低电压漂移和低噪声的优点。

图1-2 AD522芯片

AD522采用14脚DIP封装，图1-2给出了AD522的引脚排列，表1给出了各引脚的功能说明。

表1-1 AD522芯片引脚功能图

引脚 1 2 3 4 5 6 7 8 9 名称 +INPUT R GAIN -INPUT NULL V- NULL OUTPUT V+ GND 2

功能 正输入端 增益补偿端 输入端 空端 负电源端 空端 输出端 正电源端 地参考端

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