基于单片机的电阻炉温度控制系统的设计

论文摘要

电阻炉被广泛地应用在工业生产中，它的温度控制效果直接影响到生产效率和产品质量，因而对温度控制系统的要求很高。目前工业电阻炉通常采用常规PID控制，但是工业电阻炉的温度控制具有非线性、大惯性、大滞后等特点，难以对其建立精确的数学模型，因而常规PID控制难以取得良好的控制效果。因此，设计一个控制精度高、运行稳定的电阻炉温度控制系统具有很高的应用价值。本文以电阻炉为控制对象，以单片机AT89C51为核心元件所实现的温度控制系统具有自动完成数据采集、数据处理、数据转换控制、键盘终端处理及显示的功能。当实际温度超过设定的温度的范围时,系统会自动发出报警，与传统的炉温控制系统相比,在稳定性、精度、易实现程度等方面都有明显的改善。在算法研究方面，本设计建立了电阻炉控制系统的数学模型，依据超稳定理论设计了一个结构简单、易于实现的参考模型自适应(MRAC)算法，根据仿真结果得知该算法具有超调量小，跟踪速度快等特点。最后对系统进行调试及仿真，结果表明该系统运行稳定、控制效果好、性价比高，具有良好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 温度控制技术的发展
• 1.3 测控技术在控制领域方面的应用
• 1.4 国内外研究现状
• 1.5 论文的总体结构
• 第二章 硬件系统总体设计方案
• 2.1 硬件系统总体设计方案一
• 2.2 硬件系统总体设计方案二
• 2.3 硬件系统总体设计方案的选择
• 第三章 温度控制系统硬件设计
• 3.1 传感器选择及放大电路设计
• 3.1.1 传感器的选择
• 3.1.2 热电偶介绍
• 3.1.3 放大电路的设计
• 3.2 A/D 转换电路设计
• 3.2.1 ADC0809 芯片引脚介绍
• 3.2.2 ADC0809 的内部逻辑结构及通道选择表
• 3.2.3 ADC0809 的控制时序图
• 3.2.4 ADC0809 与单片机的连接图
• 3.3 人机交互的设计
• 3.3.1 独立式按键与单片机的接口设计
• 3.3.2 显示接口设计
• 3.4 温度控制电路的设计
• 3.5 抗干扰处理
• 第四章 温度控制系统软件设计
• 4.1 主程序设计
• 4.1.1 主程序初始化设置
• 4.1.2 主程序流程图
• 4.1.3 主程序清单
• 4.2 温度采集模块设计
• 4.2.1 采集模块流程图
• 4.3 温度控制子程序
• 4.3.1 温度控制程序
• 4.3.2 温度控制程序
• 4.4 按键程序设计
• 4.4.1 独立式按键程序设计
• 4.4.2 独立式按键程序
• 4.5 数字滤波和标度变换
• 4.5.1 源程序及注释
• 第五章 系统控制算法的研究与仿真
• 5.1 电阻炉温度系统建模
• 5.2 系统控制算法的研究
• 5.2.1 参考模型自适应系统
• 5.2.2 控制率的推导
• 5.3 PID 与 MRAC 仿真比较
• 第六章 系统软件调试与硬件调试
• 6.1 程序调试
• 6.2 程序的仿真
• 6.3 程序编写和仿真所用的两个软件介绍
• 6.3.1 PROTUUS 软件介绍
• 6.3.2 KEIL 软件介绍
• 6.4 硬件电路实物的调试
• 6.4.1 静态调试
• 6.4.2 动态调试
• 6.5 硬件仿真电路图
• 总结与展望
• 附录 A
• 附录 B
• 参考文献
• 致谢