基于单片机的电阻炉温度控制系统设 - 副本

湖南科技大学

潇湘学院毕业设计（论文）

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二〇〇年月日

基于单片机的电阻炉温度控制系统设计

摘要

电阻炉是利用电流通过电阻体产生的热量来加热或熔化物料的一类电炉。电阻炉在化工、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。

电阻炉由炉体、电气控制系统和辅助系统组成。炉体由炉壳、加热器、炉衬（包括隔热屏）等部件组成。电气控制系统包括电子线路、微机控制、仪表显示及电气部件等。辅助系统通常指传动系统、真空系统、冷却系统等，随炉种的不同而已。

本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，用热电偶作为测量元件，用固态继电器作为输出控制元件来实现对电阻炉温度自动控制。单片机控制K型热电偶温度传感器，把温度信号通过A/D转换器采集到单片机里。单片机经数据处理、PID运算，发出控制信息改变执行模块的状态，同时用LED显示显示值PV、设定值SV。本设计通过4个按键来进行人机交互和LED显示，进而使电阻炉的温度始终保持在要求范围内。

关键词：单片机；温度；电阻炉；PID控制

Res is tance Furnace Temperature Control Sys tem

Based on Single chip Computer

Abstract

The resistance furnace is using the electric current through the resistance body heat generation to heating or melting of a class of materials electric stove. The resista nce furnace in chemical industry, metallurgy industry, etc, so the temperature control is widely used in industrial production and scientific research of to have the important meaning.

Resistance furnace, the furnace, the electric control system and auxiliary systems.Furnace shell, heater, by furnace lining (including insulation screen) and etc. Electrical control system including electronic circuits, microcomputer control, the instrument shows and electrical parts, etc.Auxiliary system usually refers to the transmission system, vacuum system, cooling system, etc, with the difference of the boiler.

This design USES the single chip microcomputer as the data processing and the control unit, the thermocouples used as measuring element, with solid state relay as the output control elements to achieve resistance furnace temperature automatic control. Single-chip microcomputer control of the temperature sensor, K thermocouple temperature signal through the A/D converter collection to the chip. The single-chip microcomputer data processing, PID operation, a control information change executive module form, and the display value, in LED display PV, set data SV. This design through the 4 buttons for human-computer interaction and LED display, and the resistance furnace temperature remains in the requirements range.

Key words：The resistance furnace; Temperature; SCM; PID control

目录

摘要 .............................................................................................................................................. I ABSTRACT................................................................................................................................... II 第一章绪论 .. (1)

1.1温度控制系统设计的背景、发展历史及意义 (1)

第二章系统总体方案设计与论证 (2)

2.1温度控制系统的目的和功能 (2)

2.2设计内容 (2)

第三章电阻炉温度控制系统硬件设计 (4)

3.1最小系统结构框图 (4)

3.1.1 单片机 (4)

3.1.2 单片机的主控单元 (5)

3.1.3 复位电路 (7)

3.1.4 时钟电路 (8)

3.2温度采集与传感器 (9)

3.2.1 放大电路 (11)

3.2.2 温度传感器的选择 (12)

3.2.5 数字PID算法 (17)

3.3.1 按键 (19)

3.5.1 报警单元 (25)

3.5.2 输出控制单元 (25)

第四章软件设计 (27)

4.1设计思路 (27)

4.2.1 采样程序 (29)

4.2.2 显示子程序 (30)

4.2.3 按键子程序 (31)

4.2.4 PID控制子程序 (32)

结论 (36)

参考文献 (37)

附录:原理图 (38)

致谢 (39)

第一章绪论

1.1 温度控制系统设计的背景、发展历史及意义

温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，是与人们息息相关的一个实际问题。针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。

单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样，各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。

电阻炉是利用电流通过电阻体产生的热量来加热或熔化物料的一类电炉。它的特点：①电路简单；②对炉料种类的限制少；（小型电阻炉可以加热食品、干燥木材等）；③炉温控制精度高；④容易实现在真空或控制气氛中加热等特点。它适用于：①机械零件的淬火、回火、退火、渗碳、氮化等热处理；②各种材料的加热、干燥、烧结、钎焊、熔化等。电阻炉的主要参数有额定电压、额定功率、额定温度、工作空间尺寸。电阻炉按炉温不同可以分为低温电阻炉(600～700℃以下)、中温电阻炉(700℃～1200℃)、高温电阻炉(1200℃以上)。

电阻炉被广泛应用在冶金、机械、石油化工、电力等工业生产中，在很多生产过程中，温度的测量和控制与生产安全、生产效率、产品质量、能源节约等重大技术经济指标紧紧相连。因此各个领域对电阻炉温度控制的稳定性、可靠性、精度等要求也越来越高，温度测量控制技术也成为现代科技发展中的一项重要技术。

温度控制技术的发展经历了三个阶段：1、定值开关控制；2、PID控制；3、智能控制。PID控制温度的效果主要取决于P、I、D三个参数。PID控制大滞后、大惯性、时变温度系统时，其控制品质难以保证。电阻炉是由电阻丝加热升温，靠自然冷却降温，PID控制对小型电阻炉的温度控制效果良好。

本文以电阻炉为控制对象，以单片机为硬件核心，利用单片机使电阻炉的温度维持在一个稳定的范围。

第二章系统总体方案设计与论证

2.1 温度控制系统的目的和功能

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、挤压成形、结晶以及空气流动等物理和化学过程。温度控制失误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。单片机诞生于二十世纪七十年代末，经历了SCM、MCU和SOC三大阶段。

2.2设计内容

本设计的内容是电阻炉温度控制系统，控制对象是温度。温度控制在日常生活及工业领域应用相当广泛。而以往温度控制是采用模拟信号，这种控制精度低，维护工作量大，易出故障，现在采用数字化仪表，精度高。

本设计是对电阻炉温度进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：当电阻炉温度低于设定下限温度时，系统对电阻炉发出加热信号，使电阻炉温度上升，当电阻炉温度高于设定上限温度时，系统使电阻炉停止加热，使温度下降，当电子流温度下降到下限温度以下时，系统发出信号使电阻炉继续加热。不断重复该过程，使温度始终保持在上下限温度之间。LED灯即时显示温度。

系统设计总体框图如下图2-1所示：

图2-1 控制器设计总体框图

在本系统的电路由四部分组成:

(1)控制部分主芯片采用单片机AT89C52；

(2)显示部分采用4位LED数码管实现温度显示；

(3)温度采集部分采用K型热电偶传感器；

(4)温度控制部分采用固态继电器。

根据温度变化慢，并且控制精度不易掌握的特点，我们设计了以AT89C52单片机为检测控制中心，将温度控制在设定的范围之内。

其主要的控制原理为：对被控对象的温度进行实时采集，其主要是通过热电偶传感器将温度转变成模拟电信号，并由A/D转换器ADC0832将所得的模拟量转变成数字量送入单片机中。单片机将传感器所采集到的温度和事先设定的温度进行对比，当小于设定值时将发出信号启动加热装置；当大于设定值时将关闭加热装置，从而使得被控温度控制在一定的范围之内，达到实时控制的功能。

整个控制器主要有以下功能：

(1)被控温度可以根据实际的需要设定；

(2)实时显示当前温度值；

(3)按键控制：a、设置复位键、加一键、减一键、确定键；b、修改P、I、D系数；

(4)越限报警。

第三章电阻炉温度控制系统硬件设计

3.1最小系统结构框图

本系统以STC89C52单片机为核心，本系统选用12MHZ的晶振，使得单片机有合理的运行速度,复位电路为按键高电平复位。STC89C52单片机最小系统电路设计如图3-1所示：

图3-1 STC89C52单片机最小系统

3.1.1单片机

在多数电子设计当中，基于性价比的考虑，8位单片机仍是首选。AT89C52是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机。片内带有一个8KB的Flash可编程、可擦除只读存储器（EPROM）。它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器（NURAM）技术，而且其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容、片内的Flash存储器允许在系统内改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。因此，AT89C52是一种功能强、灵活性

高，且价格合理的单片机，可方便地应用在各种控制领域。基于上述这些特点，这里选择

AT89C52单片机作为控制核心。

因为单片机的工作电源为+5V ，AT89C52电源输入支持的电压范围为5v~3.4v ，且底层

电路功耗很小。Vcc ，电源端；GND ，接地端。其电源供电电路如图3-2所示：

R6510

D10

LED J4

RCA

GND

+5V

P0是一个8位双向I/O端口，端口置1时作高阻抗输入端，作为输出口时能驱动8个TTL 电平。对内部Flash程序存储器编程时，接收指令字节；校验程序时输出指令字节，需要接上拉电阻。在访问外部程序和外部数据存储器时，P0口是分时转换的地址(低8位)/数据总线，访问期间内部的上拉电阻起作用。

P1是一个带有内部上拉电阻的8 位准双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL电平。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平作输入用。对内部Flash程序存储器编程时，接收低8位地址信息。

P2是一个带有内部上拉电阻的8位准双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL电平。端口置1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平作输入用。对内部Flash程序存储器编程时，接收高8位地址和控制信息。在访问外部程序和16位外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为STC89C52的一些特殊功能口，如下所示：

P3.0 /RXD（串行输入口）；

P3.1 /TXD（串行输出口）；

P3.2 /INT0（外部中断0）；

P3.3 /INT1（外部中断1）；

P3.4 T0（记时器0外部输入）；

P3.5 T1（记时器1外部输入）；

P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）；

P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）；

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的

频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取值期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡器的输出。

振荡器特性：

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

本设计STC89C52单片机的P14、P15、P16、P17口接的是四位按键，P1.0口

和P1.1口接LED显示，X1和X2接的是晶振电路，RESET接复位电路。

3.1.3 复位电路

计算机在启动运行的时候都需要复位，使中央处理器CPU和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并且从这个初始状态开始工作。单片机的复位是靠外部电路实现的，MCS-51单片机有一个复位引脚RST，高电平有效。MCS-51单片机通常采用上电自动复位和按钮复位两种。复位电路的基本功能是系统上电时，RC电路充电，RST引脚出现正脉冲，提供复位信号直至系统电源稳定后，撤销复位信号，为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时，才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分合过程中引起的抖动而影响复位。

RC复位电路可以实现上述基本功能。调整RC常数会令对驱动能力产生影响。复位电路如下图3-3所示：

片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。

3.2 温度采集与传感器

图3-5 热电偶传感器

温度检测是本次设计前向通道的重要组成部分，它的精确程度将直接影响到控制效果。因此，我们首先要选择合适的测温元件，对温度进行准确的测量。

热电偶的冷锻温度补偿有四种方法：补偿导线法；冷端补偿法；计算修正法；电桥补偿法。

补偿导线法：

图3-6 补偿导线法的连接图

冷端补偿法：

（1）将热电偶的冷端置于放有冰水混合物的冰瓶中，使冷端温度保持0℃不变的方法称为冰浴法。采用这种方法可以消除冷端温度t0不等于0℃而引起的误差。由于冰融化比较快，因而一般只适合在实验室中使用。

（2）将热电偶的冷端置于电热恒温器中，恒温器的温度要略高于环境温度的上限。

（3）将热电偶的冷端置于恒温的空调房间中，使冷端温度保持恒定。

计算修正法：

当热电偶的冷端温度t0 ≠0?C时，由于热端与冷端的温差随冷端的变化而变化，所以测得的热电势E AB（t，t0）与冷端为0 ?C时所测得的热电势E AB（t，0?C）不等。若冷端温度高于0 ?C，则E AB（t，t0）

E AB（t,0?C）= E AB（t,t0）+ E AB（t0,0?C）

电桥补偿法：

图3-7 电桥补偿法的接线图

本次设计采用计算修正法。

3.2.1 放大电路

运算放大器使所有的线性电路中最重要的基本构件。他在如饮品功率放大器、定时器、

稳压器、传感测试电路等领域具有广泛的应用。

运算放大器这一术语最早应用于在模拟计算机中执行默写数学运算的下限频率为零赫

兹的高增益放大器。这种高增益放大器现在已广泛用于各个方面，即使不再涉及数学运算，

但通常仍成为运算放大器或op-amp 。早期的运算放大器使用分立元件，但现在使用集成电

路就更为方便了。电路设计者对集成电路内部元件不感兴趣，而只关心作为一个整体的单

元性能。因此，图3-8所示的符号用来表示运算放大器。由图可以看出，运算放大器有2

个输入端，一个输出和连接正、负电源线端子。 +-

同向输入端

反向输入端输出正电源

负电源1

2436578

图3-8 运算放大器的符号 图3-9运算放大器的封装

3.2.2 温度传感器的选择

传感器是检测系统的第一个环节，其主要作用是将感知的被测非电量按照一定的规律转化为某一量值输出，通常是电信号。也就是说，传感器是借检测元件（敏感元件）将被测对象的一种信息按一定的规律转换成另一种信息的器件或装置。传感器所获取的信息通常有物理量、化学量和生物量等，而经传感器转换后的信息多数为电量，如电阻、电容、电感、电压、电流及频率与相位的变化等，它是实现自动化检测和自动控制的首要环节。

传感器将被测信息如温度、压力、流量等转换成电信号输出，一般称为一次变换。一般情况下经过一次变换后的信息具有以下特点：

（1）输出电信号通常为模拟量；

（2）输出电信号一般较微弱；

（3）输出电信号的信号噪声比较小，甚至有用信号淹没在噪声之中；

（4）传感器的输入输出特性通常存在一定的非线性，并易受环境温度及周围电磁干扰的影响；

（5）传感器的输出特性与电源的定性等有关，通常要求恒压或恒流供电。

本部分主要是论证温度传感器的选型。传感器的选择受到很多因素的影响，首先是各种温度传感器自身的优缺点，其次是各种不同的环境因素，还有就是系统所要求实现的精度等，所以在不同的设计当中温度传感器的选择也将不同。

方案一：热电偶传感器

热电偶传感的原理是将温度变化转换为电势变化。它是利用两种不同材料的金属连接在一起，构成的具有热电效应原理的一种感温元件。其优点为精确度高、测量范围广、构造简单、使用方便，型号种类比较多且技术成熟等。目前广泛应用于工业与民用产品中。热电偶传感器的种类很多，在选择时必须考虑其灵敏度、精确度、可靠性、稳定性等条件。

方案二：热电阻传感器

热电阻传感器的原理是将温度变化转换为电阻值的变化。热电阻传感器是中低温区最常用的一种温度传感器。它的主要特点是：测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精度是最高的，不仅广泛应用于工业测温，而且被制作成标准的基准仪。从热电阻的测温原理可以知道，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来表现的。因此，热电阻的

引出线的电阻的变化会给测温带来影响。为消除引线电阻的影响，一般采用三线制或四线制。热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线、显示仪表组成。

方案三：半导体集成模拟温度传感器

半导体IC温度传感器是利用半导体PN 结的电流、电压与温度变换关系来测温的一种感温元件。这种传感器输出线性好、精度高，而且可以把传感器驱动电路、信号处理电路等，与温度传感器部分集成在同一硅片上，体积小，使用方便，应用比较广泛的有AD590等。IC温度传感器在微型计算机控制系统中，通常用于室温或环境温度的检测，以便微型计算机对温度测量值进行补偿。

方案四：半导体集成数字温度传感器

随着科学技术的不断进步和发展，新型温度传感器的种类繁多，应用逐渐广泛，并且开始由模拟式向着数字式、单总线式、双总线式、多总线式发展。数字温度传感器，更因适合与各种微处理器的I/O接口相连接，组成自动温度控制系统，这种系统克服了模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和A/D转换器的弊端，被广泛应用于工业控制、电子测温、医疗仪器等各种温度控制系统中，数字温度传感器中比较有代表性的有DS18B20等。

PT100与AD590都不能与单片机的I/O口直接相连，需要设计信号调理电路，A/D转换电路。而DS18B20是数字温度传感器，并且采用单总线技术，使该传感器不但可以直接与单片机I/O口相连，并且只需要一个I/O就可以连接多个温度传感器，实现多点温度测量与控制。所以使用数字温度传感器DS18B20不但可以节约单片机I/O口，还能使系统设计成本降低。但是DS18B20的测温范围仅限-55℃～+125℃，而电阻炉的温度大约在一千度左右，所以从测温范围的大小、精度要求以及价格等多方面因素综合考虑，最终选择K型热电偶传感器。K型（镍铬－镍硅）热电偶可测量1300℃以内的温度，其线性度较好，而且价格便宜。K型热电偶的输出是毫伏级电压信号，最终要将其转换成数字信号与CPU通信。

热电偶的结构形式是热电极，绝缘材料和保护管，并与显示仪表、记录仪表或计算机等配套使用。在现场使用中根据环境，被测介质等多种因素研制成适合各种环境的热电偶。热电偶简单分为装配式热电偶，铠装式热电偶和特殊形式热电偶；按使用环境细分有耐高温热电偶，耐磨热电偶，耐腐热电偶，耐高压热电偶，隔爆热电偶，铝液测温用热电偶，循环硫化床用热电偶，水泥回转窑炉用热电偶，阳极焙烧炉用热电偶，高温热风炉用热电

偶，汽化炉用热电偶，渗碳炉用热电偶，高温盐浴炉用热电偶，铜、铁及钢水用热电偶，抗氧化钨铼热电偶，真空炉用热电偶，铂铑热电偶等。

3.2.3热电偶温度信号的线性化

热电偶温度信号非线性是比较大的，如B型热电偶，从0°C升高到1800°C，热电势从0mV变化到13.585mV，每100°C热电势增加最大的约为最小的8倍。B偶的最大输出热电势只有13.585mV，而且当温度升高到约1700°C时，该增加值下降。其它热电偶都存在类似的问题，尽管稍有不同。这又给线性化增加了难度。从这一特性出发，热电偶温度信号的线性化主要有如下几种方法。

(1)单反馈法：利用负反馈，可以改善其线性，但是很有限。几种非线性稍小的热电偶，可以采用这种方法，特别是在温区要求不宽的情况下。有时，由于在其一温区有精度要求，那么就在该温区对信号进行调理，达到要求的目标；在其它温区可以放宽精度要求，甚至不要求，只作监视用。

(2)折线近似法：这是一种对非线性较大的信号处理的较好的方法。处理得好可以达到较高的精度。这种方法普遍适用于各种热电偶的整个正信号温区。

图3-10 折线近似法

该种方法的电路原理图如图3-10所示。该电路的工作过程是：当输入的电压信号较低时，IC1中的反相端电压较同相端(A)低得多（同相端的电压大小是根据线性化要求设定的，B点同样），IC1的输出端电压较高，D1截止。当输入信号电压接近IC1的同相端时，IC1

的输出逐渐降低，随之，D1逐渐导通，V4逐渐增大，直到V4接近A点电压为止。这就有效地限制了热电偶信号迅速增加，降低了非线性。IC2的工作过程与此类似，不同的是B 点电位比A点高。当输入电压在A点电压以下时，D2截止，IC2不工作；只有当输入电压高于A点电压或接近B点电压时IC2才工作。工作过程与IC1相同。所用折线的段数是根据精度要求决定的。对于热电偶信号处理来说，有三段就可以使精度达到0.5%以上。

3.2.4 A/D转换电路

本设计中温度检测电路输出信号为模拟量，要想将检测数据送入单片机，必须将其转换为数字信号，这里选用集成A/D转换器——ADC0832。

A/D转换电路用来把连续的模拟信号转变成数字形式，即二进制数。实际的转换过程包括在特定时刻的信号采样并保持其值直到一个稳定信号被输入到模/数转换器即止。模/数转换器产生的二进制数通过微机的输入通道进入微型机。复杂的硬件或具有合适的软件指令的简单硬件都可能实现模数转换。软件的使用会降低模数转换过程的速度。高速模数转换的整个过程均需要使用硬件。用于特定用途的模/数转换器可按其精度和速度分类。

出于各种实用的目的，模/数转换器可视为一个黑盒子，它能把在一定范围取任意连续值的模拟电压转换成离散的二进制代码。模拟电压转换得到的二进制码的数值取决于模/数转换器的位数。一个N位模/数转换器将提供2N个离散代码来代表输入的模拟电压。大多数模/数转换器基于逐次逼近和双斜式转换技术。N位的逐次逼近模/数转换器涉及N次比较操作。每次比较可以产生该位确切的二进制值(0或1)。最先产生的为最高位，最后产生的则是最低位。第一次比较时，用输入的电压与参考信号电压的一半(1/22)进行比较。如果输入电压大于参考信号的一半，那么最高位置为1，否则置为0。假定输人电压大于参考信号的一半，对8位ADC来说，第一次比较将产生二进制码10000000。下一步是把参考电压的四分之一(1/22)迭加到由上面代码产生的电压上，并再次用它与输入电压比较。根据这次比较，产生的二进制代码将是11000000(模拟输入电压大于代码电压时)，或者是10000000(模拟输入电压小于代码电压时)。接着把参考电压的八分之一(1/23)迭加到第二位转换后的二进制代码所产生的电压上，把迭加后的电压与输入模拟电压比较以确定第三位的二进制值。这个过程重复进行N次(模数转换器的位数)。因此对于第N位，由第N-1位

产生的代码得到的电压被迭加到1/2N倍的参考电压后，并且让它与输入电压比较以决定第N位的二进制值。

本设计采用的A/D转换器为ADC0832

一．ADC0832简介

ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。ADC0832具有以下特点：8位分辨率；双通道A/D转换；输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；5V电源供电时输入电压在0~5V之间；工作频率为250KHZ，转换时间为32μS；一般功耗仅为15mW；8P、14P—DIP（双列直插）、PICC多种封装；商用级芯片温宽为0°C~+70°C，工业级芯片温宽为40°C~+85°C；

图3-11 《ADC0832引脚图》

二．信号引脚

ADC0832引脚如图3-11所示。

CS 片选使能，低电平芯片使能。

CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。

CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。

GND 芯片参考0电位（地）。

DI 数据信号输入，选择通道控制。

DO 数据信号输出，转换数据输出。

基于单片机的电阻炉温度控制系统设计

基于单片机的电阻炉温度控制系统设计武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书 概 述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 1 整体设计及系统原 理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 2 硬件设 计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 2.1温度检测电 路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 2.2键盘控制和显示电 路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 2.3加热控制电 路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 3 心得体 会. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 参考文 献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书

计算机控制课程设计电阻炉温度控制系统

计算机控制课程设计 报告 设计题目：电阻炉温度控制系统设计 年级专业：09级测控技术与仪器 化工、机械、食品等领域。温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量。因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本设计就是利用单片机来控制高温加热炉的温度，传统的以普通双向晶闸管（SCR）控制的高温电加热炉采用移相触发电路改变晶闸管导通角的大小来调节输出功率，达到自动控制电加热炉温度的目的。这种移相方式输出一种非正弦波，实践表明这种控制方式产

生相当大的中频干扰，并通过电网传输，给电力系统造成“公害”。采用固态继电器控温电路，通过单片机控制固态继电器，其波形为完整的正弦波，是一种稳定、可靠、较先进的控制方法。为了降低成本和保证较高的控温精度，采用普通的ADC0809芯片和具有零点迁移、冷端补偿功能的温度变送器桥路，使实际测温范围缩小。 1.1电阻炉组成及其加热方式 电阻炉是工业炉的一种，是利用电流通过电热体元件将电能转化为热能来加热或者熔化元件或物料的热加工设备。电阻炉由炉体、电气控制系统和辅助系统组成，炉体由炉壳、加热器、炉衬（包括隔热屏）等部件组成。由于炉子的种类不同，因而所使用的燃料和加

热方法也不同;由于工艺不同，所要求的温度高低不同，因而所采用的测温元件和测温方法也不同;产品工艺不同，对控温精度要求不同，因而控制系统的组成也不相同。电气控制系统包括主机与外围电路、仪表显示等。辅助系统通常指传动系统、真空系统、冷却系统等，因炉种的不同而各异。电阻炉的类型根据其热量产生的方式不同，可分为间接加热式和直接加热式两大类。间接加热式电阻炉，就是在炉子内部有专用的电阻材料制作的加热元件， （4）电阻炉温度按预定的规律变化，超调量应尽可能小，且具有良好的稳定性; （5）具有温度、曲线自动显示和打印功能，显示精度为±1℃; （6）具有报警、参数设定、温度曲线修改设置等功能。

电阻炉温度控制实习报告

北华大学 过程控制实习 实习题目：电阻炉温度控制系统 班级学号：_________________________ 姓名：_________________________ 专业名称：_________________________ 指导教师：_________________________ 2014年3月24日

前言 在大二的课程里我们学习了自动控制系统、过程控制工程及工业自动化仪表等课程。我们学习到了许多关于自动控制方面的理论知识，但实践是检验一切真理的标准，只有真真正正的将理论与实践相结合。用理论来指导实践，用实践来检验并完善理论。为了使提高我们的动手能力及理论相结合的能力，学校组织了为期三周的关于电阻炉温度控制系统的生产实习。 生产实习为期三周，分为两阶段。第一阶段为第一周，在这一周里，我们要了解温度控制系统所用到的仪器仪表及理论知识，学习使用组态王这一生产模拟软件并用它将温度控制系统的整个控制过程做成动态模拟动画。第二阶段为第二、第三两周，在这段时间里，我们需要学会PID自整定控制仪、无纸记录仪及可控硅三相调功器的功能、使用方法以及校准。画出整个系统的电气原理图及仪器仪表的电路接线图。利用4:1衰减曲线法来调节PID的控制参数，以实现无偏差控制的控制目标。经过三周的生产实习能够更好的做到学以致用，将理论实际相结合，用理论来指导实践，用实践来完善理论。

目录 第一部分系统简介及工艺流程 (1) 1.1系统简介 (1) 1.2双向可控硅 (2) 1.3三相电阻炉 (3) 1.4K型热电偶 (5) 1.5温度变送器 (9) 1.6无纸记录仪 (10) 1.7工艺流程图 (13) 第二部分零点调整及量程调整 (14) 2.1零点调整 (14) 2.2量程调整 (18) 第三部分静态特性及动态特性 (18) 3.1静态特性及动态特性的定义 (18) 3.2实验步骤 (19) 3.3PID的参数整定口诀 (20) 3.4积分饱和问题 (20) 第四部分参数整定及投运 (22) 4.1在纯比例作用的参数整定 (22) 4.2在比例积分作用下的参数整定 (24) 4.3比例积分微分的参数整定 (25) 4.4系统的投运 (26) 第五部分组态王软件的应用 (27) 5.1组态王软件的简介 (27) 心得体会 (28) 参考文献 (30) 附录一 (31) 附录二 (32) 附录三 (33) 附录四 (34)

高温箱式电阻炉温度控制器介绍

高温箱式电阻炉温度控制器介绍 本章主要介绍电阻炉温度过程控制中，常用的位控、晶闸管调节器及变压器等几种控制方法，并对计算机和可编程控制器在电阻炉控制系统中的应用、PID控制原理也作了简单介绍。 电阻炉的温度控制，就是根据实际温度与设定温度的偏差，改变炉子的加热功率，使炉子温度在设定温度范围之内，满足加热工艺要求。加热功率的大小决定了炉子温度的高低和升温速度的快慢，加热功率的稳定性决定了宏达炉业电阻炉温度的稳定性。改变加热功率的方法很多，常见的有位式、晶闸管调节器和电炉变压器控制方式等，采用何种加热方式由炉子的结构、用途和温度的高低决定。 电阻炉的温度控制无论采用哪种控制方式，其控制过程基本是相同的，总是包括温度测量、温度控制器、加热驱动部件、电热元件以及辅助电路等 (1)温度测量。电阻炉的温度测量通常采用热电偶温度传感器和光电高温计，一般情况下采用热电偶进行接触式侧量，当温度较高时则必须选用辐射型光电测温计进行非接触时测量。 (2)温度控制器。温度控制器也就是常说的温度控制仪表，其作用是一方面显示温度传感器或变送器送来的温度信号;另一方面把测量的温度值与设定值进行比较，输出温度控制信号。在电阻炉温度控制中，如果控制精度要求不高，可采用模拟位控温度控制器，否则采用数字式智能温度控制仪表，目前后者应用较多。 (3)加热驱动部件。加热驱动部件起着功率放大的作用，把温度控制信号的变化转换为加热功率的变化，给电热元件加热，达到改变炉子温度的目的。加热驱动部件是影响温度控制方式的主要因素之一，常用的有接触器、固态继电器、晶闸管调节器以及变压器等。 (4)电热元件。电热元件是把电能转化为热能的部件，主要有非金属、金属合金及纯金属三种类型。 (5)辅助电路。辅助电路是指除加热主电路以外的电路，包括辅助装置的动作、工作状态的指示以及安全互锁保护等。

单片机的电阻炉温度控制系统设计

目录 概述 (2) 1 整体设计及系统原理 (2) 2 硬件设计 (3) 2.1 温度检测电路 (3) 2.2 键盘控制和显示电路 (5) 2.3 加热控制电路 (6) 3 心得体会 (8) 参考文献 (9)

基于单片机的电阻炉温度控制系统设计 概述 电阻炉在化工、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。此次课程设计温度控制系统的主要技术指标有：温控范围：300C?1000C ；恒 温时间：0?24小时；控制精度：±C；超调量＜1%。 1整体设计及系统原理 本系统由单片机AT89C51、温度检测电路、键盘显示、显示电路、温度控制电路等部 分组成。系统中采用了新型元件，功能强、精度高、硬件电路简单。其硬件原理图如图 1 所示。 在系统中，利用热电偶测得电阻炉实际温度并转换成毫伏级电压信号。该电压信号经过温度检测电路转换成与炉温相对应的数字信号进入单片机，单片机进行数据处理后，通过液晶显示器显示温度，同时将温度与设定温度比较，根据设定计算出控制量，根据控制量通过控制继电器的导通和关闭从而控制电阻丝的导通时间，以实现对炉温的控制。 图1硬件原理图

程序流程图 在系统软件中，主程序完成系统初始化和电炉丝的导通和关断；炉温测定、键盘输入、时间确定和显示、控制算法等都由子程序来完成；中断服务程序实现定时测温和读取时间。流程图如图2所示。 图2总体流程图

电阻炉温度控制系统的设计说明

电炉温度控制系统设计

摘要 热处理是提高金属材料及其制品质量的重要技术手段。近年来随工业的发展， 对金属材料的性能提出了更多更高的要求，因而热处理技术也向着优质、高效、节能、无公害方向发展。电阻炉是热处理生产中应用最广泛的加热设备，加热时恒温过程的测量与控制成为了关键技术，促使人们更加积极地研制热加工工业过程的温度控制器。 此设计针对处理电阻炉炉温控制系统，设计了温度检测和恒温控制系统，实现了基本控制、数据采样、实时显示温度控制器运行状态。控制器采用51 单片机作为处理器，该温度控制器具有自动检测、数据实时采集处理及控制结果显示等功能，控制的稳定性和精度上均能达到要求。满足了本次设计的技术要求。 关键词：电阻炉，温度测量与控制，单片机

目录 一、绪论 ....................................................................................................... - 1 - 1.1 选题背景........................................................................................ - 1 - 1.2 电阻炉国发展动态........................................................................... - 1 - 1.3 设计主要容 .................................................................................... - 2 - 二、温度测量系统的设计要求........................................................................... - 3 - 2.1 设计任务......................................................................................... - 3 - 2.2 系统的技术参数................................................................................ - 3 - 2.3 操作功能设计................................................................................... - 4 - 三、系统硬件设计........................................................................................... - 5 - 3.1 CPU选型........................................................................................ - 5 - 3.2 温度检测电路设计.............................................................................. - 6 - 3.2.1 温度传感器的选择..................................................................... - 6 - 3.2.1.1热电偶的测温原理 ......................................................... - 7 - 3.2.1.2 热电偶的温度补偿......................................................... - 7 - 3.2.2 炉温数据采集电路的设计.......................................................... - 8 - 3.2.2.1 MAX6675芯片.......................................................... - 8 - 3.2.2.2 MAX6675的测温原理................................................. - 9 - 3.2.2.3 MAX6675 与单片机的连接.......................................... - 10 - 3.3 输入/输出接口设计......................................................................... - 10 - 3.4 保温定时电路设计 .......................................................................... - 13 - 3.4.1 DS1302 与单片机的连接....................................................... - 13 - 3.5 温度控制电路设计............................................................................ - 14 - 系统硬件电路图...................................................................................... - 17 - 四、系统软件设计......................................................................................... - 19 - 4.1 软件总体设计 .................................................................................. - 19 - 4.2 主程序设计 ..................................................................................... - 19 - 4.3 温度检测及处理程序设计................................................................... - 20 - 4.4 按键检测程序设计............................................................................ - 23 - 4.5 显示程序设计 .................................................................................. - 25 - 4.6 输出程序设计 .................................................................................. - 27 - 4.7中值滤波 ......................................................................................... - 28 - 五、结论 ..................................................................................................... - 30 - 参考文献 ..................................................................................................... - 31 -

电阻炉温度控制.

项目九电阻炉温度控制 项目内容： 在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。 温度采集采用热电偶，经过变送器后转换为电信号。经过A/D转换器ADC0809转变为数字量。 8031对温度的控制是通过D/A转换实现的。双向可控硅管和加热丝串接在交流220V、50Hz市电回路。在给定周期T内，8031只要改变可控硅管的接通时间即可改变加热丝的功率，以达到调节温度的目的。 通常，电阻炉炉温控制都采用偏差控制法。偏差控制的原理是先求出实测炉温对所需炉温的偏差值，然后对偏差值处理获得控制信号去调节电阻炉的加热功率，以实现对炉温的控制。在工业上，偏差控制又称PID控制，这是工业控制过程中应用最广泛的一种控制形式，一般都能收到令人满意的效果。

能力目标： 课题1 A-D转换接口技术 课题2 ADC0809的应用技术 课题3 D-A转换接口技术 课题4 TLC5615的应用技术 实践演练： 1．亲手设计调试电阻炉的温度，对炉温的采集，与预设值相比较，对偏差值处理获得控制信号去调节电阻炉的加热功率，以实现对炉温的控制。 2．动手设计采集A/D转换温度对电炉丝进行控制，从而实现温度的调节。 3．通过该项目的训练，提高学生的实际动手操作能力，养成学生的工程道德观念，建立工程敬业精神和团队合作精神。

基于PID的电阻炉温度控制系统

基于PID的炉温控制系统 摘要:在科学实验中,温度是极为普遍又极为重要的热工参数之一。为了保证科学实验正常安全的进行，提高实验的精确性，介绍了用AT89S51单片机为主要元件组成的 控制系统，并给出了部分硬件图、控制算法和软件流程图。 关键词：PID；炉温控制 1引言 电阻炉是一种利用电流通过电热元件产生的热量加热工件的热处理设备具有结构简单操作简便价格低廉等特点广泛用于工业中，而温度是工业对象中主要的被控参数之一。在冶金、化工、机械、火工、食品等各类工业中,广泛使用各种加热炉、烘箱、恒温箱等,它们均需对温度进行精确的控制。 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。本文以加热炉为具体对象介绍温度控制系统的设计方法。该系统是以AT89S51为核心建立起来的一个温度测量控制系统，加热炉的被控温度为0~500℃，精度：±0.5°C，显示分辨率0.2°C。通过单片机显示温度值。显示：000.0。 本文介绍炉温控制系统的设计。 图1 温控系统组成 1 硬件系统 本系统的硬件电路包括：过零触发电路、温度检测电路、双向可控硅触发电路。电炉一般采用电阻丝作为加热元件，系统中温度传感器采用PT100。炉体的加热通过加热电热丝的方法来实现。工频220V电压被电阻分压后，经过运放输出得到幅值为10V的正弦电压，此电压的频率与工频电压频率相同，为50HZ。经过芯片MC14528，正弦波整形为脉宽为2~3ms、周期为10ms的方波。方波信号触发双向晶闸管导通，从而实现加热丝加热回路的导通，使加热丝正常工作加热炉体，电路如图2。 由图2可以看到LM311电压比较器将50HZ的正弦交流电压变成方波，得到的电压为10V。方波的正跳沿和负跳沿作为单稳态触发器的输入信号，从单稳态触发器输出220v过零同步脉冲。MC14528在Q1、Q2脚输出同步脉冲，脉冲的宽度为2~3ms ，Q1、Q2输出脉冲通过或门后，输出的方波信号变成可以触发双向可控硅的窄脉冲信号。此信号进过光电隔离器MOC3061/3021，便可以触发双向可控硅。此信号经单片机控制信号控制后，可以任意控制可控硅的导通关断，从而控制加热炉的开断。

计算机控制技术课程设计-电阻炉温度控制系统设计

合肥工业大学 《计算机控制技术》课程设计 ——电阻炉温度控制系统设计 学院专业 姓名 学号_______ ________ _ 完成时间

摘要：电阻炉的类型根据其热量产生的方式不同，可分为间接加热式和直接加热式两大类。间接加热式电阻炉，就是在炉子内部有专用的电阻材料制作的加热元件，电流通过加热元件时产生热量，再通过热的传导、对流、辐射而使放置在炉中的炉料被加热。直接加热式电阻炉，是将电源直接接在所需加热的材料上，让强大的电流直接流过所需加热的材料，使材料本身发热从而达到加热的效果。工业电阻炉，大部分采用间接加热式，只有一小部分采用直接加热式。由于电阻炉具有热效率高、热量损失小、加热方式简单、温度场分布均匀、环保等优点，应用十分广泛。 关键词：炉温控制；高效率；加热 一、总体方案设计 本次课程设计主要就是使用计算机以及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，从而使系统达到工艺要求的性能指标。 1、设计内容及要求 电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验，电加热炉用电炉丝提供功率，使其在预定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值。在本控制对象电阻加热炉功率为8KW，有220V交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。 2、工艺要求及要求实现的基本功能 本系统中所选用的加热炉为间接加热式电阻炉，控制要求为采用一台主机控制8个同样规格的电阻炉温度；电炉额定功率为20 kW；）恒温正常工作温度为1000℃，控温精度为±1%；电阻炉温度按预定的规律变化，超调量应尽可能小，且具有良好的稳定性；具有温度、曲线自动显示和打印功能，显示精度为±1℃；具有报警、参数设定、温度曲线修改设置等功能。 3、控制系统整体设计 电阻炉温度计算机控制系统主要由主机、温度检测装置、A/D转换器、执行机构及辅助电路组成。系统中主机可以选用工业控制计算机、单片微型计算机或可编程序控制器中的一种作为控制器，再根据系统控制要求，选择一种合理的控制算法对电阻炉温度进行控制。控制系统组成框图如图11-1所示。采用热电偶

电阻炉温度控制系统设计

0121011360504 学号： 题目电阻炉温度控制系统设计 学院自动化学院 专业自动化专业 班级自动化1005班 姓名柳元辉 指导教师刘小珠 2014 年 1 月10 日

课程设计任务书 学生姓名：柳元辉专业班级：自动化1005指导教师：刘小珠工作单位：自动化学院 题目: 电阻炉温度控制系统设计 初始条件： 1.课程设计辅导资料：“过程控制系统和应用”、“过程控制系统与仪表”、“过程 控制仪表及控制系统”、“过程控制系统”等； 2.先修课程：仪表与过程控制系统等。 3.主要涉及的知识点： 过程控制仪表、控制系统、被控过程等 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具 体要求） 1.课程设计时间：1.5周； 2.课程设计内容：根据指导老师给定的题目，按规定选择其中1套完成； 本课程设计统一技术要求：研读辅导资料对应章节，对选定的设计题目所涉及的生产工艺和控制原理进行介绍，针对具体设计选择相应的控制参数、 被控参数以及过程检测控制仪表，并画出控制流程图及控制系统方框图。3.课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写， 具体包括： ①目录； ②摘要； ③生产工艺和控制原理介绍； ④控制参数和被控参数选择； ⑤控制仪表及技术参数； ⑥控制流程图及控制系统方框图； ⑦总结与展望；（设计过程的总结，还有没有改进和完善的地方）； ⑧课程设计的心得体会（至少500字）； ⑨参考文献（不少于5篇）； ⑩其它必要内容等。

时间安排： 指导教师签名： 2013 年 12 月 27 日系主任（或责任教师）签名：年月日

电炉温度控制系统

引言 前言：电阻炉在国民经济中有着广泛的应用，而大功率的电阻炉则应用在各种工业生产过程中。然而，大多数电阻炉存在着各种干扰因素。一直以来，人们采用了各种方法来进行温度控制，都没有取得很好的控制效果。起先由于电阻炉的发热体为电阻丝，传统方法大多采用仪表测量温度，并通过控制交流接触器的通断时间比例来控制加热功率。电阻炉微机自动程序温度控制系统就是通过单片机对加热炉的升、降温速率和保温时间进行严格控制的装置，它将温度变送、显示和数字控制集于一体，以微机控制为基础，以A/D转换器为核心，并配以适当的外围接口电路，实现对电阻炉温度自动控制。 摘要：自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。 1.电加热炉温度控制系统的特性 温控系统主要由温度传感器、温度调节仪、执行装置、被控对象四个部分组成，其系统结构图如图1.1所示。 图1.1 被控制对象是大容量、大惯性的电热炉温度对象，是典型的多阶容积迟后特性，在工程上往往近似为包含有纯滞后的二阶容积迟后；由于被控对象电容量大，通常采用可控硅作调节器的执行器，其具体的电路图如图1.2所示。如图1.3

所示，设周期T c 内导通的周期的波数为n，每个周波的周期为T，则调功器的输 出功率为P=n×T×P n /T c ，P n 为设定周期T c 内电压全通过时候装置的输出功率。 图1.2 图1.3 执行器的特性：电炉的温度调节是通过调节剂(供电能源)的断续作用，改变 电炉丝闭合时间T b 与断开时间T k 的比值α,α=T b /T k 。 调节加热炉的温度，在工业上是通过在设定周期范围内，将电路接通几个周波，然后断开几个周波，改变晶闸管在设定周期内通断时间的比例，来调节负载两端交流平均电压即负载功率，这就是通常所说的调功器或周波控制器；调功器是在电源电压过零时触发晶闸管是导通的，所以负载上得到的是完整的正弦波，调节的只是设定周期T c 内导通的电压周波。 2.电炉的电加热原理及方式 当电流在导体中流过时，因为任何导体均存在电阻，电能即在导体中形成损耗，转换为热能，按焦耳楞次定律：Q＝0．2412Rt，Q代表热能，单位卡；I代表电流，单位安9；R代表电阻，单位欧姆；t代表时间，单位秒。 按上式推算，当1千瓦小时的电能，全部转换为热能时Q＝(0．24×1000×36000)／1000=864千卡。 在电热技术上按l千瓦小时＝860千卡计算。电炉在结构上是使电能转换为热能的设备，它能有效地用来加热指定的工件，并保持高的效率。 电阻炉按热量产生的方法不同，可分为间接加热式和直接加热式二大类。间接加热式电阻炉、就是在炉子内部有专用的电阻材料做的发热元件。电流通过加热元件时产生热量，再通过热的传导、对流、辐射而使放置在炉中的炉料被加热。

KSY-6D-16电炉温度控制器

KSY-6D-16电炉温度控制器

目录 一、用途 (2) 二、主要技术指标和参数 (2) 三、仪器结构 (2) 四、仪器使用及注意事项 (3) 五、仪器成套及技术文件 (3) 本仪器为精密、低温制冷仪器， 使用前请详阅说明书，谨慎操作！

一、产品简介 KSY-6D-16电炉温度控制器适用于以硅碳棒（管）加热型电炉，与镍铬——镍硅热电偶配套使用，可对电炉内的温度进行测量、显示、控制，并可使炉内的温度自动保持恒温。 设计新颖，控温精度高，性能稳定易操作。 控温仪表分为指针式A：数显式AS：智能式ASP:智能多段 二、技术指标 ★输入电压（V）：220 ★输出电压（V）：50-210 ★最高温度（℃）：1600 ★最大控制功率（KW）：6

One, product introduction KSY-6D-16furnace temperature controller applied to silicon carbon rod ( tube ) heating furnace, and Ni-Cr -- nickel-silicon thermocouple supporting the use of electric furnace, temperature measurement, display, control, and can make the temperature inside the oven to keep constant temperature automatically. Novel design, high precision of temperature control, stable performance and easy to operate. Temperature control instrument for pointer type A: digital display type AS: intelligent ASP: intelligent multi segment Two, technical indicators Of the input voltage ( V ):220 Of the output voltage ( V ):50-210 Of the maximum temperature ( c ):1600 Control of maximum power ( KW ):6

电炉温度控制系统的设计

电炉温度控制系统的设计 摘要：自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。 关键字：电炉温度控制系统设计 一、前言 自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。本设计要求用单片机设计一个电炉温度控制系统。 二、电炉温度控制系统的特性 温控系统主要由温度传感器、温度调节仪、执行装置、被控对象四个部分组成，其系统结构图如图1所示。被控制对象是大容量、大惯性的电热炉温度对象，是典型的多阶容积迟后特性，在工程上往往近似为包含有纯滞后的二阶容积迟后；由于被控对象电容量大，通常采用可控硅作调节器的执行器，其具体的电路图如图2所示。 执行器的特性：电炉的温度调节是通过调节剂(供电能源)的断续作用，改变电炉丝闭合时间T b与断开时间T k的比值α,α=T b/T k。 调节加热炉的温度，在工业上是通过在设定周期范围内，将电路接通几个周波，然后断开几个周波，改变晶闸管在设定周期内通断时间的比例，来调节负载两端交流平均电压即负载功率，这就是通常所说的调功器或周波控制器；调功器是在电源电压过零时触发晶闸管导通的，所以负载上得到的是完整的正弦波，调节的只是设定周期T c内导通的电压周波。

如图3所示，设周期T c内导通的周期的波数为n，每个周波的周期为T，则调功器的输出功率为P=n×T×P n/T c，P n为设定周期T c内电压全通过时装置的输出功率。 三、电炉的电加热原理 当电流在导体中流过时，因为任何导体均存在电阻，电能即在导体中形成损耗，转换为热能，按焦耳楞次定律： Q＝0．2412RtQ—热能，卡； I一电流，安9 R一电阻，欧姆， t一时间，秒。 按上式推算，当1千瓦小时的电能，全部转换为热能时Q＝(0．24×1000×36000)／1000=864千卡。 在电热技术上按l千瓦小时＝860千卡计算。电炉在结构上是使电能转换为热能的设备，它能有效地 用来加热指定的工件，并保持高的效率。 四、电炉加热方式的分类 电阻炉按热量产生的方法不同，可分为间接加热式和直接加热式二大类。间接加热式电阻炉、就是在炉子内部有专用的电阻材料做的发热元件。电流通过加热元件时产生热量，再通过热的传导、对流、辐射而使放置在炉中的炉料被加热。直接加热式电阻炉，电源直接接在所需加热的材料上，使强 大的电流直接流过所需加热的材料而使材料自己发热达到加热效果。工业电阻炉，大部分是采用间接加热式的，只有一部分因加热工艺人的特殊需要而采用直接加热式。

(整理)电阻炉温度控制系统1

摘要 温度控制是工业对象中主要的控制参数之一，其控制系统本身的动态特性属于一阶纯滞后环节，象冶金、机械、食品、化工各类工业中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，对工件的处理温度要求严格控制，计算机温度控制系统使温度控制指标得到了大幅度提高。以8031单片机为核心，采用温度变送器桥路和固态继电器控温电路，实现对电炉温度的自动控制。该控制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。电阻炉炉温控制系统的控制过程是：单片机定时对炉温进行检测，经A/D 转换芯片得到相应的数字量，经过计算机进行数据转换，得到应有的控制量，去控制加热功率，从而实现对温度的控制。 关键词：电炉温度控制系统 ADC0809AD转换器

目录 1 控制方案总述 (1) 2 硬件电路设计 (2) 2.1 温度检测和变送器部分 (3) 2.2 接口电路 (3) 2.2.1 主要特性 (3) 2.2.2 内部结构 (4) 2.2.3 外部特性（引脚功能） (4) 2.3 接口电路 (6) 3 软件设计 (7) 3.1 主程序 (8) 3.2 T0中断服务程序 (9) 3.3 子程序 (11) 3.3.1采样子程序SAMP (11) 3.3.2 数字滤波子程序FILTER (12) 3.3.3积分分离PID控制算法的程序设计 (13) 4 基于MATLAB仿真被控对象 (14) 5 结果分析 (16) 设计小结 (18) 参考文献 (19) 附录 (20)

温度控制系统设计 1 控制方案总述 随着电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，特别是微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，利用单片机来改造落后的设备具有性价比高、提高设备的使用寿命、提高设备的自动化程度的特点。本设计就是利用单片机来控制高温加热炉的温度，传统的以普通双向晶闸管（SCR）控制的高温电加热炉采用移相触发电路改变晶闸管导通角的大小来调节输出功率，达到自动控制电加热炉温度的目的。这种移相方式输出一种非正弦波，实践表明这种控制方式产生相当大的中频干扰，并通过电网传输，给电力系统造成“公害”。采用固态继电器控温电路，通过单片机控制固态继电器，其波形为完整的正弦波，是一种稳定、可靠、较先进的控制方法。为了降低成本和保证较高的控温精度，采用普通的ADC0809芯片和具有零点迁移、冷端补偿功能的温度变送器桥路，使实际测温范围缩小。 采用AT80C51为核心，结合温度传感器热电偶和AD转换器来监测被控温度数据，并把数据传递给单片机同时显示实时数据。同时键盘会给与要求的控制温度大小供单片机把其和测量温度进行比较处理，从而控制执行系统的开关量的通断状态，达到温度检测、赋值和控制的作用。其系统结构框图如图1所示：

电炉温度控制器使用说明书

电炉温度控制器使用说明书 Temperature Control Apparatus for Electric Furnaces Operating Manual 邦西仪器科技(上海)有限公司 地址:上海市嘉定区陈翔路88号 全国服务热线:400-840-9177

一、概述Ⅰ.Summary KS系列电炉温度控制器外壳采用优质冷轧钢板经冲压、喷塑焊接精制而成。温度控制器仪表有指针型、数显型、智能型,具有操作简便、性能可靠等优点。 二、主要技术参数Ⅱ. The main technical parameter 三、安装方法 1、在电源引入处安装专用漏电保护器。 2、将控制器后面电源线接在刀阐或漏电保护器上(注:不应小于40安培)。

3、将控制器后面的负载线接到电炉的接线柱上。 4、将控制器后面的热电偶插到箱式炉体内,并用石棉绳填塞(无需螺丝固定)。 5、检査各接线柱是否紧固,如有松动,紧固后,安装完毕。 四、使用方法 使用说明 1、KSW型为直接控制型,受控制元件为加热丝,不调节其功率,打开电源开关就会直接控制输出,因合金加热丝阻值不变,故被控制的电炉功率不会超过控制器的额定控制功率。 2、KSY型为电压调节输出型,控制加热元件为硅碳棒。硅碳棒的特性是低温时阻值很小,所以功率很大,随着温度的升高阻值会逐渐增大(不像合金加热丝一样,阻值是一定的,功率也是一定的)。所以低温时的调节功率不能过大,不能超过控制器的额定功率,功率的大小反应在电流表与电压表,电流表 显示的数值不能超过控制器的最大电流,电压表显示的数值是输出电压,不要认为达不到最高电压,就一味的调节粗、细调旋钮,那样会使电流过大烧坏控制元件。例如:KSY-3-16型其控制功率为3KW,最高控制温度为1600C,最大控制电流为15A随着温度的升高,电流会慢慢的下降,输出电压上这时可调节旋钮使电流适当升高,但是不能超过最大控制电流。 3、在使用前,将调节旋钮调节到最小,通电后将调节旋钮逐渐向大处调节,并观察电流表的显示情況,使用完毕后,必须将调节旋钮调回到最小,防止下次使用时功率过大烧坏控制元件。

电阻炉温度控制系统

计算机控制技术 课程设计 成绩评定表 设计课题：电阻炉温度控制系统 学院名称：电气工程学院 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师：王黎 设计地点：中原路校区2号楼402 设计时间：2011.6.27～2011.7.03 指导教师意见： 成绩: 签名：年月日

计算机控制技术课程设计 课程设计名称：电阻炉温度控制系统 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 设计地点：中原路校区2号楼421 课程设计时间：2011.6.27～2011.7.03

计算机控制技术课程设计任务书 学生姓名专业班级学号 题目电阻炉温度控制系统 课题性质工程设计课题来源自拟课题指导教师王黎 主要内容 电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验，电加热炉用电炉丝提供功率，使其在预定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值。在本控制对象电阻加热炉功率为8KW，有220V交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。 任务要求 第1天：熟悉课程设计任务及要求，针对课题查阅技术资料。 第2天：确定设计方案。要求对设计方案进行分析、比较、论证，画出方框图，并简述工作原理。 第3-4天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。 第5天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确等。 主要参考资料 (1) 潘新民，王燕芳.微型计算机控制技术.高等教育出社,2001 (2) 马修水，李晓林.传感器与检测技术.电子工业出版社,2008 （3）牛昱光，李晓林.单片机原理与接口技术. 电子工业出版社，2008 （4）马春燕.微机原理与接口技术.电子工业出版社,2007 审查意见 系（教研室）主任签字： 年月日

电阻炉温度控制系统设计

学号：04 课程设计 题目电阻炉温度控制系统设计 学院自动化学院 专业自动化专业 班级自动化1005班 姓名柳元辉 指导教师刘小珠 2014 年 1 月10 日

课程设计任务书 学生姓名：柳元辉专业班级：自动化1005指导教师：刘小珠工作单位：自动化学院 题目: 电阻炉温度控制系统设计 初始条件： 1.课程设计辅导资料：“过程控制系统和应用”、“过程控制系统与仪表”、“过程 控制仪表及控制系统”、“过程控制系统”等； 2.先修课程：仪表与过程控制系统等。 3.主要涉及的知识点： 过程控制仪表、控制系统、被控过程等 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具 体要求） 1.课程设计时间：1.5周； 2.课程设计内容：根据指导老师给定的题目，按规定选择其中1套完成； 本课程设计统一技术要求：研读辅导资料对应章节，对选定的设计题目所涉及的生产工艺和控制原理进行介绍，针对具体设计选择相应的控制参数、 被控参数以及过程检测控制仪表，并画出控制流程图及控制系统方框图。3.课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写， 具体包括： ①目录； ②摘要； ③生产工艺和控制原理介绍； ④控制参数和被控参数选择； ⑤控制仪表及技术参数； ⑥控制流程图及控制系统方框图； ⑦总结与展望；（设计过程的总结，还有没有改进和完善的地方）； ⑧课程设计的心得体会（至少500字）； ⑨参考文献（不少于5篇）； ⑩其它必要内容等。

时间安排： 指导教师签名： 2013 年 12 月 27 日系主任（或责任教师）签名：年月日

目录 摘要 (1) 1生产工艺和控制原理介绍 (2) 1.1生产工艺 (2) 1.2控制原理 (3) 2控制方案设计 (5) 2.1被控参数选择 (5) 2.2控制变量选择 (5) 2.3建立数学模型 (6) 2.4调节器控制规律 (7) 2.5仪表选择 (9) 2.6控制系统框图 (9) 3总结与展望 (10) 4心得体会 (11) 参考文献 (12)