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基于单片机的加热炉温度控制毕业设计:原创与授权
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更新于2024-06-23
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本篇文档是一份关于"基于单片机的加热炉温度控制系统"的本科毕业设计论文,该论文主要探讨了如何利用单片机技术来实现对加热炉温度的精确控制。单片机作为微型计算机的一种,因其体积小、功耗低、功能强大等特点,在工业控制领域得到了广泛应用,特别是在需要精确温度控制的场景,如加热炉中。 在论文的原创性声明部分,作者保证了所提供的设计是其在指导教师的指导下独立完成的创新性工作,没有侵犯他人的研究成果,只在必要的地方进行了引用。此外,作者还确认理解并同意大学关于论文收集、保存和使用的相关规定,包括印刷本和电子版本的提交、论文的复制和公开权限。 论文撰写过程中,导师对学生进行了全面的评估。评估内容涵盖了学生的治学态度、专业知识和技能掌握程度、综合应用能力、研究方法和技术路线的科学性和可行性,以及论文设计的合理性。导师还会考察学生的出勤情况,确保他们在整个项目周期内积极参与并保持良好的学习态度。 通过单片机的加热炉温度控制系统设计,学生需要深入理解温度控制原理,运用数字信号处理技术,编写控制算法,并将其集成到硬件电路中。这可能涉及温度传感器的选择和校准,PID(比例积分微分)控制策略的实现,以及与实际硬件的交互。论文可能还会讨论系统稳定性、精度和响应时间等关键性能指标,以及可能遇到的挑战和解决方案。 这篇毕业论文不仅展示了作者在单片机技术方面的专业知识,也体现了他们的实践能力和问题解决能力。对于任何对温度控制或嵌入式系统感兴趣的读者,这篇论文提供了深入了解单片机在工业自动化控制中的应用案例。
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河南理工大学万方科技学院本科毕业论文
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第 1 章 绪 论
1.1 课题的背景
二十一世纪是科技高速发展的信息时代,电子技术等的应用更是空
前广泛,伴随着科学技术和生产的不断发展,需要对各种参数进行温度
测量。因此温度一词在生产生活之中出现的频率日益增多,与之相对应
的,温度控制和测量也成为了生活生产中频繁使用的词语,同时它们在
各行各业中也发挥着重要的作用。如在日趋发达的工业之中,利用测量
与控制温度来保证生产的正常运行。在农业中,用于保证蔬菜大棚的恒
温保产等。
温度是表征物体冷热程度的物理量,温度测量则是工农业生产过程
中一个很重要而普遍的参数。温度的测量及控制对保证产品质量、提高
生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的
作用。
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。传统的控制方式以不
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,由于他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,
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河南理工大学万方科技学院本科毕业论文
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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。
1.2 课题研究的目的及意义
加热炉是将物料或工件加热的设备。按热源划分有燃料加热炉、电
阻加热炉、感应加热炉、微波加热炉等。它的应用遍及石油、化工、冶
金、机械、热处理、表面处理、建材、电子、材料、轻工、日化、制药
等诸多行业领域。但对于加热炉这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、
时变性、升温单向性等特点的控制对象,很难用数学方法建立精确的数
学模型,一方面耗能大另一方面控制起来困难,因此用传统的控制理论
和方法很难达到好的控制效果,一直是自动化生产中急需解决的问题之
一。
目前国内任然有大量的加热炉停留在简单的人工控制或者电子仪表
进行手工电动操作,这种操作方式劳动强度大、控制粗糙、节能效果差,
温度采集方法不仅费时费力,而且精度差,已不能满足高精度、高速度
的控制要求,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。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。本设计使用单片机作为核心进行控制,
不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点,而且大大的提高了控制精
度,使系统控制变得简便,使产品的质量更好,降低了产品的成本,提
高了生产效率。
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河南理工大学万方科技学院本科毕业论文
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1.3 课题研究的内容及要求
本文所要研究的课题是基于单片机的加热炉温度控制系统的设计,
主要是介绍了对加热炉温度的显示、控制及报警,实现了温度的实时显
示及控制。
加热炉温度控制部分,提出了用 DS18S20、AT89C51 单片机及 LED
的硬件电路完成对炉温的实时检测及显示,利用 DS18S20 与单片机连接
由软件与硬件电路配合来实现对加热电阻丝的实时控制及超出设定的上
下限温度的报警系统。
炉内温度控制部分,采用一套 PID 闭环负反馈控制系统,由 DS18S20
检测炉内温度,用中值滤波的方法取一个值存入程序存取器内部一个单
元作为最后检测信号,并在 LED 中显示。
控制器是用 89C51 单片机,用 PID 算法对检测信号和设定值的差值
进行调节后输出控制信号给执行机构,去调节电阻炉的加热功率,从而
控制炉内温度。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配
微处理器等优点,特别适合于构成多点的温度测控系统,可直接将温度
转化成串行数字信号供微机处理,而且每片 DS18S20 都有唯一的产品号,
可以一并存入其 ROM 中,以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂
接任意多个 DS18S20 芯片。从 DS18S20 读出或写入 DS18S20 信息仅需
要一根口线,其读写及其温度变换功率来源于数据总线,该总线本身也
可以向所挂接的 DS18S20 供电,而且不需要额外电源。同时 DS18S20 能
提供九位温度读数,它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统。
利用本次的设计主要实现:
1)温度测试,温度显示,温度门限设定,超过设定的门限值时自动
启动加热装置等功能。
2)以单片机为主机,使温度传感器通过一根口线与单片机相连接,
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再加上温度控制部分和人机对话部分来共同实现温度的监测与控制。 用
单片机实现其具体控制功能如下:
1)能够连续测量加热炉的温度值,用十进制数码管来显示炉内的实
际温度。
2)能够设定炉内的温度值,设定范围是 0℃~1000℃。
3)能够实现炉温的自动控制,如果设定温度为 400℃,则能使炉温
保持恒定在 400℃的温度下运行。
4)用单片机 AT89C51 控制,通过按键来控制炉温的设定值,数值采
用数码管显示。
1.4 课题的研究方案
温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统。温度是工业生产
过程中重要的被控参数之一,当今计算机控制技术在这方面的应用,已
使温度控制系统达到自动化、智能化,比过去单纯采用电子线路进行 PID
调节的控制效果要好得多,可控性方面也有了很大的提高。
温度是一个非线性的对象,具有大惯性的特点,在低温段惯性较大,
在高温段惯性较小。采取温度控制系统的方法是:首先,通过设置按键,设
定恒温运行时的温度值,并且用数码管显示这个温度值.然后,在运行过程
中将采样的温度模拟量送入 A/D 转换器中进行模拟-数字转换,再将转换
后的数字量用数码管进行显示,最后用单片机来控制加热炉,进行加热或
停止加热,直到能在规定的温度下恒温加热。
系统框图如下:
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