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计算机控制系统课程设计报告

基于PID 控制算法的电阻加热炉温度

控制系统设计

摘要:温度控制是人们日常生活中经常遇到的问题,传统的控制方法都存在控制慢,精度低等问题,而计算机控制系统能够利用微型处理器加上科学的控制算法使温度控制实现控制快而且精度高。在本设计中,控制对象为电阻加热炉,通过控制加在电阻丝两端电压的工作时间,从而可控制输入电阻加热炉的功率,继而达到控制其温度的目的。此系统以单片机为核心,采用固态继电器为执行电路,实现对电炉的自动控制。算法采用增量型PID 控制。另外本文还阐述了PID 控制器的设计,硬件结构和软件设计,实现了一套温度采集和控制的方案。该系统具有硬件成本低,控温精度较高,可靠性好,抗干扰能力强等特点。 关键词:电加热炉;单片机;温度控制;PID 算法

1、单片机温度控制系统方案简介

单片机温度控制系统是数控系统的一个简单应用。在冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各类工业中,广泛使用着加热炉、热处理炉、反应炉等,因此,温度是工业对象中一个主要的被控参数。由于炉子的种类不同,因而所使用的燃料和加热方法也不同,例如煤气、天然气、油、电等;由于工业不同,所需要的温度高低不同,因而所采用的测温原件和测温方法也不同;产品工业不同,控制温度的精度也不同,因而对数据采集的精度和所采用的控制算法也不同。本系统所使用的加热炉为电加热路,炉丝功率为2kw ,系统要求测试水杯恒温,误差为C 1o

,超调量尽可能小,温度上升较快且有良好的稳定性。

单片机温度控制系统是以STC89C52RC 单片机为控制核心,辅以采样反馈电路,驱动芯片,固态继电器对电炉进行控制的微机控制系统。其系统结构框图可表示为:系统采用单闭环形式,其基本控制原理为:将温度设定值(即输入控制量)和温度反馈值同时送入控制电路部分,然后经过单片机运算得到输出控制量,输出控制量控制I/O 得到一定占空比的PWM 波控制固态继电器,固态继电器接通220V 市电给电炉,调节PWM 占空比使电炉达到一定的温度。其控制系统框图如图1-1所示。

51单片机

DS18B20温度传感器

数码管显示

固态继电器

电加热炉

4*4矩阵键盘

220V 电源

蜂鸣器

水杯

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