武汉职业技术学院 毕业设计 论文 题目 基于题目 基于 AT89C51AT89C51 单片机的电加热炉温度控制系单片机的电加热炉温度控制系 统统 院 系 机电工程学院 专 业 电气自动化 班 级 电气 13302 姓 名 何 艳 辉 学 号 1302303904 指导老师 方 波 完成日期 2016 年 3 月 摘摘 要要 随着国民经济的发展 人们对生活质量的要求越来越高 各种电子产品开始进入人 们的生活并成为人们生活不可或缺的一部分 因此对电子产品的自动化控制的要求也越 来越高 本设计正是选用了其中具有代表性的电加热炉作为研究对象 本设计以单片机为核心对电加热炉的温度进行监测和控制 采用单片机来对他们控 制不仅具有控制方便 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 从而能够大大的提高产品的质量和数量 为了实现高精度的温度控制 本单片机系统采用 PID 算法控制 通过控制双向可控 硅改变电炉和电源的接通 断开 从而用改变加热时间的方法来实现对温度的控制 本 系统由按键显示和温度采样控制以及上下限报警几个模块组成 通过模块间的通信完成 温度设定 实际温度和测量温度的显示等功能 本文对系统的硬件 选型 软件中流程控制的实现均有较为详细的阐述 对使用的 编程软件也有描述 对于本系统的控制特点也进行总结说明 比较详尽地叙述了整个系 统的相关事宜 关关 键键词词 单单片片 机机 P PI ID D 算算法法 温温度度控控制制 AbstractAbstract Along with the development of national economy the people to the requirements of the quality of the life more and more high all kinds of electronic products began to enter into the people s life and become an integral part of life so the requirements of electronic products of automation control also become more and more high this design is just choose the electric heating which one is representative as the research object This design with the single chip processor as the core to monitoring and control electric heating temperature Using the monolithic control has not only to control convenient simple and flexible and other advantages and can greatly increase the specifications of temperature which can greatly improve the quality and quantity of products In order to realize high precision temperature control the SCM system adopts PID control algorithm through controlling the on and off of the Bidirectional controllable silicon and the method of changing the heating time to achieve the control of the temperature The system is composed of button display and temperature sampling control and upper alarm several modules through the communications of the module to realize temperature set and the display function of the actual temperature and measuring temperature This article is detailed in hardware selection software process control realization of the system and also describes the programming software control characteristic and also summarizes that more exhaustive account of the system related issues KeyKey wordswords MicrocontrollerMicrocontroller TemperatureTemperature controlcontrol PIDPID algorithm algorithm 目目 录录 第一章第一章 绪绪 论论 1 1 1 1 课题背景及国内外研究概况 1 1 2 自动控制理论及其发展 2 1 3 课题的建立以及本文完成的主要工作 3 第二章第二章 总体方案设计总体方案设计 4 4 2 1 总体方案的确定 4 2 2 系统组成 5 第三章第三章 单片机技术和单片机技术和 PIDPID 算法算法 6 6 3 1 AT89C51 简介 6 3 1 1 单片机的引脚介绍 6 3 1 2 单片机的存储结构 9 3 2 PID 算法介绍 10 3 2 1 PID 算法的数字化 10 3 2 2 PID 算法的运用 11 第四章第四章 系统硬件设计系统硬件设计 1313 4 1 系统概况 13 4 2 功能模块 13 4 2 1 单片机控制模块 13 4 2 2 数据转换与采集模块 A D0808 14 4 2 3 按键选择模块 15 4 2 4 显示模块 15 4 2 5 报警模块 16 4 2 6 输出模块 16 4 3 总体方案的实现和元器件清单 17 4 3 1 系统的整体设计 17 4 3 2 元器件清单 18 第五章第五章 系统软件设计系统软件设计 1919 5 1 PROTUES7 软件概况 19 5 2 WAVE6000 软件简介 21 5 2 1 软件概况 21 5 2 2 程序界面 21 5 3 子程序设定 22 5 4 程序流程 22 5 5 程序仿真调试 29 5 5 1 WAVE6000 仿真调试 29 5 5 2 软硬连调 29 第六章第六章 课题特点课题特点 3131 6 1 单片机技术应用 31 6 2 PID 算法的运用 31 6 3 软件的调试仿真 31 结结 论论 3232 参考文献参考文献 3333 附附 录录 3434 致致 谢谢 4848 电加热炉温度控制系统的设计电加热炉温度控制系统的设计 第一章第一章 绪绪 论论 1 11 1 课题背景及国内外研究概况课题背景及国内外研究概况 温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛 但从国内生产的温度控制 器来讲 总体发展水平仍然不高 同日本 美国 德国等先进国家相比 仍然有着较大 的差距 成熟的温控产品主要以 点位 控制及常规的 PID 控制器为主 它们只能适应 一般温度系统控制 而用于较高控制场合的智能化 自适应控制仪表 国内技术还不十 分成熟 形成商品化并广泛应用的控制仪表较少 随着我国经济的发展及加入 WTO 我 国政府及企业对此都非常重视 对相关企业资源进行了重组 相继建立了一些国家 企 业的研发中心 开展创新性研究 使我国仪表工业得到了迅速的发展 随着新技术的不断开发与应用 近年来单片机发展十分迅速 一个以微机应用为主 的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起 单片机的应用已经渗透到电力 冶金 化工 建材 机械 食品 石油等各个行业 传统的温度采集方法不仅费时费力 而且精度差 单片 机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决 温度是工业对象中的一 个重要的被控参数 然而所采用的测温元件和测量方法也不相同 产品的工艺不同 控 制温度的精度也不相同 因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同 传统的控 制方式已不能满足高精度 高速度的控制要求 如温度控制表温度接触器 其主要缺点 是温度波动范围大 由于它主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的 目的 受仪表本身误差和交流接触器的寿命限制 通断频率很低 近几年来快速发展了 多种先进的温度控制方式 如 PID 控制 模糊控制 神经网络及遗传算法控制等 这 些控制技术大大的提高了控制精度 不但使控制变得简便 而且使产品的质量更好 降 低了产品的成本 提高了生产效率 本系统要求有数据处理 显示功能等 被控对象为一 阶惯性环节和一阶积分环节的组合 惯性时间常数为 2s 开环增益 k 10 温度控制范围 为 50 150 本设计使用单片机作为核心进行控制 单片机具有集成度高 通用性好 功能强 特别是体积小 重量轻 耗能低 可靠性高 抗干扰能力强和使用方便等独特优点 在 数字 智能化方面有广泛的用途 本系统使用 AT89C51 单片机 使温度控制大为简便 1 21 2 自动控制自动控制理论及其发展理论及其发展 随着科学技术的进步 自动控制技术在各个应用领域中的应用已日渐广泛 不但使 得生产设备或生产过程实现自动化 大大提高了劳动生产率和产品质量 改善了劳动条 件 还在人类征服大自然 改善居住条件等方面发挥了非常重要的作用 自动控制 automatic control 是指在没有人直接参与的情况下 利用外加的设备 或装置 使机器 设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行 自动控制是相对人工控制概念而言的 指的是在没人参与的情况下 利用控制装置使被 控对象或过程自动地按预定规律运行 自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学 是分析和设计自动控制系统的 理论的基础 它的发展初期 是以反馈理论为基础的自动调节原理 主要用于工业控制 二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪 火炮定位系统 雷达跟踪系统以及其 他基于反馈原理的军用设备 进一步促进并完善了自动控制理论的发展 到战后 已形 成完整的自动控制理论体系 这就是以传递函数为基础的经典控制理论 它主要研究单 输入 单输出 线形定常系统的分析和设计问题 自动控制理论的发展历程如下 1 40 年代 60 年代初 需求动力 市场竞争 资源利用 减轻劳动强度 提高产品质量 适应批量生产需要 主要特点 此阶段主要为单机自动化阶段 主要特点是 各种单机自动化加工设备出现 并不断扩大应用和向纵深方向发展 典型成果和产品 硬件数控系统的数控机床 2 60 年代中 70 年代初期 需求动力 市场竞争加剧 要求产品更新快 产品质量高 并适应大中批量生产需 要和减轻劳动强度 主要特点 此阶段主要以自动生产线为标志 其主要特点是 在单 机自动化的基础上 各种组合机床 组合生产线出现 同时软件数控系统出现并用于机 床 CAD CAM 等软件开始用于实际工程的设计和制造中 此阶段硬件加工设备适合于大 中批量的生产和加工 典型成果和产品 用于钻 镗 铣等加工的自动生产线 3 70 年代中期 至今 需求动力 市场环境的变化 使多品种 中小批量生产中普遍性问题愈发严重 要 求自动化技术向其广度和深度发展 使其各相关技术高度综合 发挥整体最佳效能 主 要特点 自 70 年代初期美国学者首次提出 CIM 概念至今 自动化领域已发生了巨大变化 其主