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基于单片机的电阻炉温度控制系统设计 ppt

时间:2012-04-09


基于单片机的电阻炉温度控制系统设计
答辩人:李攀 指导教师:贾丽娜

基于单片机的电阻炉温度控制系统设计
一、目的、意义及现状分析 目的、 二、任务及要求 三、设计思路 四、参考文献 五、进程安排

一、本课题的目的及意义
1.1 目的 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。 由于电阻炉在国民经济中有着广泛的应用,而大多数电阻 炉存在着各种干扰因素,将会给工业生产带来极大的不便 。所以本设计的目的是用单片机设计一个能在多种领域得 到广泛应用的电阻炉温度控制系统。

1.2 意义
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。

1.3 现状分析
随着科技的不断发展,我国电阻炉控制设备的现状是一小部分比较先 进的设备和大部分比较落后的设备并存。整体上,我国的电阻炉控制 系统与国外发达国家相比还比较落后。占主导地位的是仪表控制,这 种系统存在很多的不足,如控制参数由人工选择,需要配置专门的仪 表调试人,费时、费力且不准确;控制精度依赖于实验者的调节,控 制精度不高,一旦生产环境发生变化,就需要重新设置;操作不方便 ,控制数据无法保存。因而,对生产工艺的研究很困难,因此造成产 品质量低、废品率高、工作人员的劳动强度大、劳动效率低,这些都 影响了企业的效益。但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。

二、本课题的任务及要求
2.1 本课题的任务 1 . 了解电阻炉的工艺要求,原理,特点,常用控制方法和温 度控制的性能要求 2 . 根据工艺要求的控制曲线,确定合理的控制方案 3 .采用单片机,选择合适的传感器及控制方法,确定控制系 统功能,如测量、信号输出形式、显示形式、PID控制、 报警等功能;根据确定的功能要求,合理分配硬件和软件 所应该完成的功能,进行控制方案的论证; 4 .完成硬件电路的设计;完成软件设计的总体方案和主要程 序的编程设计

2.2 本课题的要求
1.掌握电阻炉温度控制系统的工作原理,进而论证 温度控制设计方案 2.学习单片原理和指令系统,进行软件和硬件设计 3.查阅资料,了解各种控制算法,明确其优缺点及 应用现状

三、设计思路
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并判断是否报警,同时将温度与 设定温度比较,根据设定的PID算法计算出控制量,根据 控制量通过控制固态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。该系统中的时钟电路 可以根据要求进行准确计时。

控制系统的结构框图

时钟电路
温度检测电路

传感器


键盘

阻 单片机
MCS-51


温度控制

液晶显示

报警电路

四、参考文献
? ? ? ? ? ? ? [1]. 吴期,俞亚珍.电阻炉微机自动程序温度控制系统[J].水利电力机械 ,2003,15(1):51-52 [2]沈德金,陈粤初.接口电路与应用程序例 [M].机械工业出版社, 2003,15(1):51-52. [3] 沈协和.用单片微机构成的炉温控制器[J].仪表仪器,1998,15(6):25-36 [4]宋明刚.智能PID方法在高精度控温中的应用研究[J].水利电力机械, 2001,4(2):35-58. [5]罗鑫.微机在电阻炉自动控温中的应用[J].威谱机械,1994,4(4):20-26 [6]. 宋晓东.微机控制大功率电阻炉温系统的实现[J].检测与控制装置 ,2000,27(1):54-55 [7].Halm A,Ahava O.Automation Tuning of PID and Other Simple Regulatiors in a Digital Process IEEE Trans industrial Electronics,1984,IE31,4(11):74~78 [8]. 李小莹.传感器与测试技术.北京:高等教育出版社.2004

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五、进程安排
序 号 1 2 3 4 5 6 时间要求 2012年1月1日-2012年4月10日 2012年4月11日-2012年4月17日 2012年4月18日-2012年5月22日 2012年5月23日-2012年6月5日 2012年6月6日-2012年6月19日 2012年6月20日-2012年6月26日 应完成的内容(任务) 应完成的内容(任务)提要

明确设计任务,查阅有关资 料,开题 完成方案设计 完成硬件电路的设计 完成程序设计 完成论文撰写、定稿 答辩

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