内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
基于单片机的智能温度控制系统设计
摘要
电加热炉是典型的工业过程控制对象，在我国应用广泛。电加热炉的温度控制具有升温单向性、大惯性、大滞后、时变性等特点。其升温保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。温度超调时，通过工人反复操作调节阀很难达到理想的控制效果。
本文就是在不用现场工人操作的前提下，建立以电加热炉为研究对象，针对电加热炉的特点，设计了用计算机来控制电加热炉温度的智能控制系统。本文以STC898C52单片机为核心设计了硬件原理图及软件程序。并详细论述了各个硬件组成部分的工作原理，和各部分所使用的元器件，以及各软件部分流程图。理论上将其应用于电加热炉的温度控制系统，可以满足温度控制稳定性的要求，可以减少操作人员的劳动量和带来的人为误差，可以提高产品的热处理质量。
关键词：电加热炉；温度控制；单片机控制
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Design Of Intelligent Temperature Control System
Based on MCS Abstract
The electric heating stove is the typical member of Industrial process control, applies widely in our country. The electric heating stove's temperature control has the elevation of temperature unidirectivity, big inertia, big lag, when characteristics and so on denaturation. Its elevation of temperature and the heat preservation are depend upon the resistance wire heating but the temperature decrease depend upon the environment natural cooling. Once its temperature over modulation by workers repeated operation control valves to achieves the ideal control effect with difficulty.
The paper is under the premise which without the field operations workers operation control valves, establishes take the electric heating stove as the object of study, in view of the electric heating stove's characteristic, designed has controlled heating furnace's furnace temperature with the computer control system. This article has designed the hardware schematic diagram and the software procedure take the STC898C52 monolithic integrated circuit as the core.And in detail elaborated each hardware constituent principle of work, uses the primary device with various part, as well as various softwares partial flow charts.Theory general it applies in the electric heating stove temperature control system, may satisfy the temperature control stable request, may reduce the personal error which operator's labor and brings, may enhance the product the heat treatment quality.
Keywords: electric heating stove;temperature control;MCS conller
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目 录
摘要 ................................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................. II 第一章 绪论 .................................................................................................................... 1
1.1前言 ..................................................................................................................... 1 1.2电加热炉简介 ..................................................................................................... 1 1.3智能温度控制系统 ............................................................................................. 3 第二章 电加热炉智能温度控制系统 ............................................................................ 5
2.1电加热炉智能温度控制系统的构成 ................................................................. 5 2.2电加热炉智能温度控制系统的原理 ................................................................. 6 2.3电加热炉智能温度控制系统设计 ..................................................................... 6 第三章 电加热炉智能温度控制系统的硬件设计 ........................................................ 7
3.1检测变换部分 ..................................................................................................... 7
3.1.1热电偶测温基本原理 ............................................................................... 7 3.1.2热电偶的种类及结构 ............................................................................... 7 3.1.3热电偶冷端温度补偿 ............................................................................... 8 3.1.4温度测量仪表的分类 ............................................................................... 8 3.2输入信号转换部分 ............................................................................................. 8
3.2.1A/D转换类型 ............................................................................................ 8 3.2.2 ADC0832芯片介绍 ................................................................................ 10 3.3单片机微处理部分 ............................................................................................ 11
3.3.1 STC89C51特点 ....................................................................................... 11 3.3.2管脚说明 ................................................................................................. 12 3.3.3振荡器特性 ............................................................................................. 14 3.4显示部分 ........................................................................................................... 14 3.5键盘部分 ........................................................................................................... 15
2.5.1键盘结构分类 ......................................................................................... 15 2.5.2系统键盘电路设计 ................................................................................. 16 3.6输出信号转换部分 ........................................................................................... 16
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第四章 智能温度控制系统的软件设计 ...................................................................... 18
4.1主程序的设计 ................................................................................................... 18 4.2A/D转换子程序 ................................................................................................ 18 4.3控制算法子程序 ............................................................................................... 19
4.3.1PID控制规律介绍 ................................................................................... 20 4.3.2积分饱和问题的处理 ............................................................................. 23 4.4人机接口部分的设计 ....................................................................................... 25
4.4.1键盘部分的设计 ..................................................................................... 25 4.4.2显示部分的设计 ..................................................................................... 27 4.4.3D/A转换子程序的设计 .......................................................................... 28 5.1系统整定的方法 ............................................................................................... 30 5.2PID参数整定 ..................................................................................................... 31
5.2.1比例（P）调节器 ................................................................................... 31 5.2.2比例—积分调节器(PI) ........................................................................... 32 5.2.3比例—积分—微分作用调节器(PID) .................................................... 33
附录A ............................................................................................................................ 35 附录B ............................................................................................................................ 36 参考文献 ........................................................................................................................ 46 致谢 ................................................................................................................................ 48
IV
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第一章 绪论
1.1前言
工业控制的形成和发展在理论上经历了三个阶段：50年代末起到70年代为第一阶段，即经典控制理论阶段，这期间既是经典控制理论应用发展的鼎盛时期，又是现代控制理论应用和发展时期。70年代至90年代为第二阶段，即现代控制理论阶段：90年代至今为第三阶段，即智能控制理论阶段。
无论是经典控制理论还是现代控制理论，都是建立在系统的精确数学模型基础之上的。但在实际系统中被控对象一般都具有大惯性、大滞后、时变性、关联性、不确定性和非线性的特点。这里的关联性不仅包含过程对象中各物理参数之间的藕合交错，而且包含被控量、操作量和干扰量之间的联系；不确定性不单指结构上的不确定性，而且还指参数的不确定性；非线性既有非本质的非线性，又有本质非线性。基于被控对象的这种复杂性，决定了控制的艰难性。
传统控制方法绝大多数是基于被控对象的数学模型，即按照建模控制优化进行，建模的精确程度决定着控制质量的高低，尽管目前的建模理论和方法己有长足的长进，但仍有许多过程和对象的机理不清楚，动态特性难以掌握，使我们不得不对被控对象进行简化或近似，将一个理论上极为先进的控制策略应用在这样的模型上，控制效果自然会大打折扣，因此，用传统的控制手段进一步提高控制对象的质量遇到了极大的困难，传统控制方法面临着严峻的挑战。[10]
工业控制中存在着工业过程复杂、数学模型难以确定的系统，智能控制理论的产生正是针对被控对象、环境、控制目标或任务的复杂性提出的。1987年智能控制正式成为一门独立的学科，它是人工智能、运筹学和自动控制理论等多门学科相结合的交叉学科。它与传统控制的主要区别在于可以解决非线性模型化系统的控制问题。
就目前而言，智能控制是解决传统过程控制局限性问题和提高控制质量的一个重要途径。在各种仪表高速发展的今天，控制装置己经不是主要问题，影响被控对象性能指标的主要因素取决于控制器本身，控制器本身的智能化设计将直接影响产品的质量和生产率。
1.2电加热炉简介
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