电阻炉微型计算机温度控制系统的设计

《计算机控制技术》课程设计说明书

目录

1 控制对象及其控制性能要求..................................................................................1

2 系统控制方案的比较..............................................................................................1

3 微机控制系统总体设计方案..................................................................................2

4 系统硬件设计方案..................................................................................................2

4.1 温度信号输入通道........................................................................................2

4.1.1 温度传感器..........................................................................................3

6 系统软件设计..........................................................................................................7

小结.............................................................................................................................8

参考文献.....................................................................................................................9

附录...........................................................................................................................10

附录一................................................................................................................10

附录二................................................................................................................17

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电阻炉微型计算机温度控制系统的

设计

摘要

单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控

本系统电阻炉进行微型计算机控制，系统为一阶惯性纯滞后特性动态特性

通过 LED 数码管显示。

2 系统控制方案的比较

本设计的控制器在 PC 机和单片机之间选择单片机，其原因是单片机具有集

成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可控性高，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

锁使用的单片机是我们熟悉的 MCS51 单片机中的 89C51，它具有使用简便、价

格便宜等诸多特点。

温度采集方案的选择与比较。考虑到题目温度要求为 100℃，温度传感器

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3 微机控制系统总体设计方案

单片机温度控制系统是以 89C51 单片机为控制核心，辅以采样反馈电路，

驱动电路，晶闸管主电路对电炉炉温进行控制的微机控制系统。其系统基本控

制原理为:将温度设定值(即 100℃)和温度反馈值同时送入控制电路部分，然后

经过调节器运算得到输出控制量，输出控制量控制驱动电路得到控制电压施加

到被控对象上，电炉因此达到规定的温度。（如图 3-1）

4 系统硬件设计方案

4.1 温度信号输入通道

温度信号输入通道的原理图如图 4-1 所示。电路主要由温度传感器、运算

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温度传感器采用美国 DALLAS 公司生产的集成化半导体传感器 DS18B20。集

成化传感器是新型器件，它比直接用一个 PN 结作传感器灵敏度高，线性好，使

用方便。

DS18B20 的工作温度为－55℃～＋125℃。其输出电流根据下式计算：

式中：

；T 为热力学温度；

考虑到引线电阻对外接电阻的影响，通常将

与 DS18B20 一起安放在

探头内，这样即使长线传输也不会降低精度，从而可以遥测温度。

图 4-1 中，

为传感器的负载电阻，它把传感器输出的电流信号转换为电

压信号。在

=227Ω 条件下，如果取 10kΩ，则温度信号电压

节可在

上进行，也可以在

上进行，这有利于

可选定

10kΩ 的金属膜电阻中筛选出

，使增益达到 10

。增益校正可在 0℃(冰

水)，或在室温条件下进行。

1+

为了使后面的 A/D 转换器得到合适的输入模拟电压，本系统选取

=100kΩ，

=200kΩ。

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ADC0809 的 IN0 和变送器输出端相连，故 IN0 上输入的 0V-+5V 范围的

模拟电压经 A/D 转换后可由 89C51 通过程序从 P0 口输入到它的内部 RAM 单

元。首先输入地址选择信号，在 ALE 信号作用下，地址信号被锁存，产生译码

信号，选中一路模拟量输入。然后输入启动转换控制信号 START 启动转换。转