基于单片机的加热炉炉温控制系统设计论文硬件设计论文.doc

基于单片机的加热炉炉温控制系统设计 目录 一．绪论……………………………………………………………2 二．系统设计方案…………………………………………………3 三．硬件设计………………………………………………………6 1. 8031单片机……………………………………………………6 2. 温度测量设计…………………………………………………10 2.1检测元件……………………………………………………11 2.2温度变送器…………………………………………………12 3. 转换电路设计…………………………………………………17 3.1 AD574转换器……………………………………………17 3.2 采样保持器………………………………………………20 4. 键盘及显示的设计…………………………………………23 4.1键盘电路…………………………………………………23 4.2 显示电路…………………………………………………29 4.3 8255A芯片………………………………………………31 5. 报警显示电路………………………………………………35 6. 译码电路……………………………………………………38 7 . D/A转换器…………………………………………………41 四．数学模型……………………………………………………45 五. 结束语………………………………………………………48 六 .谢辞…………………………………………………………49 七．参考文献及附录…………………………………………49 基于单片机的加热炉炉温控制系统设计 （侧重硬件设计） 一．绪言 温度是工业对象中最主要的被控参数之一，特别是在冶金，化工，机械各类工业中，广泛使用各种加热炉，热处理炉，反应炉等。由于炉子的种类不同，因此所采用的加热方法及燃料也不同，如煤气，天然气，油，电，等等。但是就其控制系统的本身的动态特性来说，基本上都属于一阶纯滞后环节，因而在控制算法上基本相同。 随着电子技术和微型计算机的迅速发展，特别是单片机的发展，微机测量和控制技术得到了迅速的发展和广泛的应用。单片机具有处理能力强，运行速度快，功耗低等优点，应用在温度测量和控制方面，控制简单方便，测量范围广，精度较高。 实践证明，控制方法的优劣，运行效果的好坏，直接影响到产品的质量，能源的消耗，设备的生产效率。而用微型计算机对炉窑进行控制，无论在提高产品质量和数量，节约能源，还是在改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。特别是单片机对被控对象采样功能强，体积小，价格低的智能温度控制装置进行控制已成为现实。本文将设计一种基于8031单片机的加热炉炉温控制的控制系统。 本文选择的控制对象是用天然气加热的退火炉，天然气烧嘴为自带空气式。退火炉主要用于钢材的热处理，以改变钢材的物理性能。被测参数主要是温度，测量范围为0~1000℃。针对加热炉的上述特点，采用8031单片机作为主机，对其进行智能控制的控温系统。这种控制方法具有超调小，调整时间快，精度高的特点。系统通过硬件电路和软件程序来实现智能控制。不但资源丰富，易于扩展以太网接口，并且速度快，对于温度扩展完全能满足实时性要求。 设计所开发的系统由8031为主控芯片构成，由检测与温度变送电路，A/D转换及数据采样电路，键盘，显示接口电路，报警显示电路，译码电路等组成。 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0~5V电压信号；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4~20mA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。 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。 二．温度控制系统的硬件设计方案 以单片机位核心组成的工业控制，数据采集系统，种类繁多，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8031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的软件功能分工设计应