烤箱连续温度控制系统
烘箱温度控制系统设计
第一部分设计题目及设计要求设计内容：在烘箱内部装有一个1000W的电加热丝和一个PT100 铂热敏电阻温度传感器，用8088CPU 设计一个温度控制器，对烘箱温度（室温-100度）进行控制。
要求系统可对控制温度进行设置（键盘），对当前温度进行显示（7段LED显示器）（设已知PT100的温度系数为0.01 /度）。
第二部分设计要求设计要求：画出电路原理图，说明工作原理，编写相应程序，其控制为简单控制，即当温度超过设定温度1度时停止加热，当低于设定温度1度时开始加热。
第三部分设计总体方案设计总体方案：本系统是以8088微处理器为核心，是一个典型的温度闭环控制系统，需要完成的功能是温度的设定、温度的采集与显示以及温度的自动控制等。
系统采用最简单的开关通断控制方式，即当烘箱温度大于设置值1度时断开加热电阻丝，当温度低于设定值1度值时接通电阻丝开始加热，从而保持恒温控制。
根据设计的要求，可将系统分为如下几个子模块：温度检测模块，AD转换模块，键盘输入模块，接口扩展模块，温度显示模块，温度控制模块。
由于本系统需要的接口较多，我们使用了两片可编程并行接口8255以提高系统的工作效率。
第一片8255（1）用于连接键盘和十位和个位数码管显示；第二片8255（2）用于连接十分位的数码管显示，AD转换器和温度控制系统。
系统原理图如下图所示：其详细原理是：温度的传感和放大部分通过PT100热敏电阻温度传感器和运算放大器来实现温度的检测与电压放大，通过温度检测与信号调理模块来实现。
该模块将得到的电压信号送到ADC0809进行模数转换。
8088从ADC0809读转换后的数字量，由温度与数字量的转换关系，调用相应子程序将数字量转换成温度的BCD码。
这时CPU8088将该温度值（即实际温度值）与先前通过键盘输入的值（即设定值）进行比较，若实际温度值高于设定温度值的1度时，调用停止加热子程序，若实际值低于设定值的1度时，则调用开始加热子程序。
电烤箱温控器工作原理
电烤箱温控器工作原理电烤箱温控器是一个非常重要的零部件，它在烘烤过程中确保食物能够被均匀加热。
下面将介绍电烤箱温控器的工作原理。
一、电烤箱温控器的组成部分1.传感器：电烤箱温控器中最核心的部件，它可以感知电烤箱内部的温度，根据设定的温度范围，判断烤箱是否需要加热。
2.继电器：在传感器检测到烤箱内部需要加热时，继电器会开启电烤箱加热元件，使食物能够得到均匀的加热。
3.调节器：调节器是电烤箱温控器中最终起到调节温度的部分，它可以根据传感器检测到的温度，调整烤箱加热元件的输出功率，使得烤箱内部的温度能够维持在设定的范围内。
二、电烤箱温控器的工作原理1.传感器检测温度：传感器可以感知电烤箱内部的温度，并把温度信息传递到调节器中。
2.设定温度范围：在调节器中，用户可以设定需要烘烤的食品所需的温度范围。
例如，如果要烤一个面包，用户可以将温度范围设定在160-180℃之间。
3.判断烤箱是否需要加热：根据设定的温度范围，调节器会判断烤箱内部的温度是否已经达到预设的温度。
如果没有，就需要启动加热器。
4.继电器开启加热器：调节器通过继电器来控制电烤箱加热元件的工作状态。
当需要加热时，继电器会将电烤箱加热元件接通，使得食物得到均匀的加热。
5.调整加热功率：在烤箱加热过程中，传感器将继续感知烤箱内部的温度，并通过调节器来调整输出功率，使得内部温度能够维持在设定的范围内。
6.自动停机：当烤箱内部的温度达到设定的最高值时，调节器会关闭加热元件，从而保护烤箱和食物不被过度加热。
同时，如果传感器检测到烤箱内部的温度低于设定的最低值，调节器也会关闭加热元件，从而保持烤箱内部温度在设定的范围内。
总的来说，电烤箱温控器可以确保烤箱内部的温度能够保持在用户设定的范围内，从而使得烘烤出来的食物能够得到更好的口感和质量。
烤箱温度控制系统设计
烤箱温度控制系统设计烤箱温度控制系统是一种用于控制烤箱温度的设备。
它通过精确地调节电热元件的功率来实现温度的稳定控制，从而保证食物的烹饪效果。
本文将介绍烤箱温度控制系统的设计原理及其常见组成部分。
1.设计原理烤箱温度控制系统的设计原理基于控制理论。
其核心思想是通过检测烤箱内部温度和设定目标温度之间的偏差，并根据反馈信息调整电热元件的功率，使温度能够稳定在设定值附近。
控制系统通常采用闭环控制的方式。
闭环控制系统通过传感器实时监测烤箱内部温度，并将检测值与设定目标温度进行比较。
如果存在温度偏差，控制系统将根据偏差的大小和方向来调整电热元件的功率输出，从而减少偏差并稳定温度。
2.常见组成部分烤箱温度控制系统通常由以下几个主要组成部分构成：(1)传感器：用于实时监测烤箱内部温度。
常见的传感器类型包括热电偶、热敏电阻和红外线温度传感器等。
这些传感器能够将温度转化为电信号，并传送给控制器。
(2)控制器：控制器是烤箱温度控制系统的核心部分，负责处理传感器传输的信号，并根据设定目标温度进行控制。
控制器通常采用微处理器或专用控制芯片，并通过算法来计算电热元件的功率调整量。
(3)电热元件：电热元件是控制系统中的执行器，负责将控制器输出的功率调整量转化为真实的电能输出。
常见的电热元件包括电热丝和电热管等。
电热元件的功率调整量与电能的输出强度成正比。
(4)电路板：电路板是控制系统中各个部件的连接和控制中心，通常集成在烤箱的控制面板中。
电路板上包含了各个部件的连接线路和电源供应等。
3.系统设计考虑因素在设计烤箱温度控制系统时，需要考虑以下几个因素：(1)温度范围：不同的食物烹饪需要不同的温度，因此控制系统需要能够满足广泛的温度范围。
通常烤箱的温度范围为50℃到250℃。
(2)系统精度：控制系统的精度直接影响到烹饪效果。
对于一些对温度要求较高的食物，如蛋糕和面包，控制系统的精度应达到±2℃以内。
(3)反应速度：烤箱温度的调整速度对于烹饪过程的控制非常重要。
基于PID算法的电烤箱控制系统
辽宁工业大学计算机控制技术课程设计（论文）题目：基于PID算法地烤箱温度控制系统设计院（系）：电气工程学院专业班级：自动化093学号： 090302084学生姓名：宋进帅指导教师：（签字）起止时间：2012.12.19—2012.12.28课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：自动化注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要随着社会地不断发展，人们改造自然地能力也在不断地提高.机器地诞生，为我们减少了部分或者全部地脑力劳动和体力劳动.电子技术地诞生更是带来了翻天覆地地变化.机电控制系统成为机械技术与微电子技术集成地共性关键技术.人们通过它可以使机械完全按照自己地意愿来执行.本设计采用单片机控制.单片机在日常生活中地运用越来越广泛.温度控制在工业生产中经常遇到.从石油化工到电力生产，从冶金到建材，从食品到机械都要对温度进行控制.甚至在有些产品生产过程中温度地控制直接影响到产品地质量.单片机温度控制无论是现在还是未来都会起到重要作用.本文介绍了以AT89C51单片机为核心地电烤箱温度控制系统.电烤箱地温度控制系统有两个部分组成：硬件部分和软件部分.其中硬件部分包括：单片机电路、传感器电路、放大器电路、转换器电路、以及键盘和显示电路.软件部分包括：主程序、运算控制程序、以及各功能实现模块地程序.文章最后对本设计进行了总结.对温度控制系统地发展提出了几点建议.关键词：AT89C51；温度传感器；单片机；目录摘要第1章绪论 (1)第2章烤箱温度控制地设计方案 (2)2.1概述 (2)2.2设计地要求 (2)2.3烤箱总体设计方案 (2)第3章烤箱温度控制系统各硬件地选择 (4)3.1控制器地选择 (4)3.2温度检测器地选用 (5)3.3A/D转换电路 (6)3.4输出通道设计 (7)3.5键盘电路设计 (8)3.6三位LED显示电路设计 (9)3.7报警电路设计 (9)第4章 PID控制系统设计 (11)4.1PID控制特点 (11)4.1.1比例（P）控制 (11)4.1.2积分（I）控制 (11)4.1.3微分（D）控制 (11)4.2PID烤箱温度控制系统流程图 (12)4.3推导控制算法 (13)第5章课程设计总结 (16)参考文献 (17)第1章绪论随着社会地不断发展，人们对机械地应用也越来越广，进而人们对机械运动地控制要求亦越来越高.机电控制实现了以电气来控制机械.单片机地出现使机电控制技术突飞猛进.单片机出现地历史并不长，但发展迅猛.自1975年美国德克斯仪器公司首次推出8位单片机TMS-1000后才开始快速发展.1976年9月，美国Intel公司首次推出MCS-48系列8位单片机以后，单片机发展进入了一个新地阶段.1983年Intel 公司推出地MCS-96系列、1987年Intel公司又推出地80C96等位16位单片机.近年来各个计算机生产厂家已进入更高性能地32位单片机研制、生产阶段.单片机发展之快、品种之多.其中最常用地主要有：AT89系列单片机、A VR单片机Motorola公司地M68HC08系列单片机以及PIC单片机.随着社会地发展，单片机地特点体现在体积小、可靠性高、使用方便等方面.根据温度控制地特点，本次设计采用AT89C51单片机为控制核心，采用数字PID控制算法.实现对电烤箱地温度地控制.通过本次设计进一步详细说明单片机控制系统在社会生活中地应用.为以后进一步应用单片机系统提供帮助.温度控制是工业生产过程中经常遇到地控制，有些工艺过程对其温度地控制效果直接影响着产品质量，因而设计一种较为理想地温度控制系统是非常有价值地.根据温度变化快慢地特点，并且控制精度不易掌握等特点，本文电烤箱地温度控制为模型，设计了以AT89C51单片机为检测控制中心地温度控制系统.温度控制采用PID数字控制算法，显示采用3位LED静态显示.该设计结构简单，控制算法新颖，控制精度高，有较强地通用性.第2章烤箱温度控制地设计方案2.1 概述温度控制是工业生产过程中经常遇到地控制，有些工艺过程对其温度地控制效果直接影响着产品质量，因而设计一种较为理想地温度控制系统是非常有价值地.根据温度变化快慢地特点，并且控制精度不易掌握等特点，本文电烤箱地温度控制为模型，设计了以AT89C51单片机为检测控制中心地温度控制系统.温度控制采用PID数字控制算法，显示采用3位LED静态显示.该设计结构简单，控制算法新颖，控制精度高，有较强地通用性.2.2 设计地要求采用单片机作为控制器，由pt100测量温度，与设定温度进行比较，经过PID运算后调整温度控制信号地占空比，将温度控制在规定范围内，并要求实时显示当前温度值，用三位LED灯显示.2.3 烤箱总体设计方案产品地工艺不同，控制温度地精度也不同，因而所采用地控制算法也不同.就温度控制系统地动态地特性来讲，基本上都是具有纯滞后地一阶环节，当系统精度及温控地线性性能要求较高时，多采用PID算法来实现温度地控制.本系统是一个典型地闭环控制系统.从技术指标可以看出，系统对控制精度地要求不高，对升降温过程地线性也没有要求，因此，系统采用最简单地通断控制方式，当烘干箱温度达到设定值时断开加热电炉，当温度降到低于某值时接通电炉开始加热，从而保持恒温地控制.电烤箱总体设计方案结构图，如图2.1所示.图2.1电烤箱总体设计方案结构图电烤箱温度控制实现过程是：首先温度传感器将加热炉地温度传回单片机，然后单片机将给定地温度值和反馈回来地温度值进行比较并且经过运算处理后，传给温度控制系统，判断加热器材输出端导通与否从而使加热炉开始加热或停止加热.即电烤箱温度控制得到实现，其中单片机地为加热炉控制系统地核心部分起着重要作用.第3章烤箱温度控制系统各硬件地选择3.1控制器地选择随着社会发展，单片机以其体积小、可靠性高、使用方便地特点在社会生活中达到广泛应用.根据温度控制特点，本次设计采用AT89C51.AT89C51单片机是美国Intel公司地8位高档单片机地系列.也是目前应用最为广泛地一种单片机系列.图3.1 A T89C51实物图3.2 温度检测器地选用pt100是铂热电阻，它地阻值跟温度地变化成正比.PT100地阻值与温度变化关系为：当PT100温度为0℃时它地阻值为100欧姆，在100℃时它地阻值约为138.5欧姆.它地工业原理：当PT100在0摄氏度地时候他地阻值为100欧姆，它地阻值会随着温度上升而成匀速增长地.由于PT100热电阻地温度与阻值变化关系，人们便利用它地这一特性，发明并生产了PT100热电阻温度传感器.它是集温度湿度采集于一体地智能传感器.温度地采集范围可以在-200℃～+200℃，湿度采集范围是0%～100%.图3.2 温度检测器实物图3.3 A/D转换电路ADC0809是一个典型地逐次逼近型8位A/D转换器.它由8路模拟开关、8位A/D转换器、三态输出锁存器及地址锁存译码器等组成.它允许8路模拟量分时输入，转换后地数字量输出是三态地（总线型输出），可以直接与单片机数据总线连接.ADC0809采用+5V电源供电，外接工作时钟.当典型工作时钟为500KHz时，转换时间约为128us.图3.3 AD转换器接口电路3.4 输出通道设计输出通道采用过零触发器，由光耦驱动电路组成.在驱动电路中，由于是弱电控制强电，而弱电又很容易受到强电地干扰，影响系统地工作效率和实时性，甚至烧毁整个系统，导致不可挽回地后果，因此必须要加入抗干扰措施，将强弱电隔离.光耦合器是靠光传送信号，切断了各部件之间地线地联系，从根本上对强弱电进行隔离，从而可以有效地抑制掉干扰信号.此外，光耦合器提供了较好地带宽，较低地输入失调漂移和增益温度系数.因此，能够较好地满足信号传输速度地要求，且光耦合器非常容易得到触发脉冲，具有可靠、体积小、等特点.所以在本系统设计中采用了带过零检测地光电隔离器MOC3061，用来驱动双向可控硅并隔离控制回路和主回路.MOC3061是一片把过零检测和光耦双向可控硅集成在一起地芯片.其输出端地额定电压是400V，最大重复浪涌电流为1.2A，最大电压上升率dv/dt为1000v/us，输入输出隔离电压为7500V，输入控制电流为15mA.图3.4 光耦驱动电路3.5 键盘电路设计如图3.1所示，16个按键排列成4行4列，4个行地引线分别同P1口地P1.4~P1.7相联接，4个列地引线通过一个上拉电阻分别联接到P1.0~P1.3口.3.6 三位LED 显示电路设计如图所示，采用P2口输出到CD4511和74LS138两块芯片上.其中CD4511连到P2口地0~3口；74LS138连到P2口地4~6口上. 74LS138为3-8译码器，用于控制8个共阴数码管地发光与熄灭.它地作用是将P2.4~P2.6三个口地输出轮流点亮共阴数码管，频率大于24帧，因此人眼看出来地是八个共阴管同时亮. CD4511将P2.0~P2.3口地数据译成共阴管地显示数据.图3.6 三位LED 显示电路结构图3.7 报警电路设计本设计采用峰鸣音报警电路.峰鸣音报警接口电路地设计只需购买市售地压电式蜂鸣器，然后通过AT89C52地1根口线经驱动器驱动蜂鸣音发声.压电式蜂鸣器b c dp 74LS138VCC约需10mA地驱动电流，可以使用TTL系列集成电路7406或7407低电平驱动，也可以用一个晶体三极管驱动.在图中，P3.0接晶体管基极输入端.当P3.0输出高电平“1”时，晶体管导通，压电蜂鸣器两端获得约+5V电压而鸣叫；当P3.0输出低电平“0”时，三极管截止，蜂鸣器停止发声.图3.7 报警电路第4章 PID控制系统设计4.1 PID控制特点PID控制，实际中也有PI和PD控制.PID控制器就是根据系统地误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制地.4.1.1 比例（P）控制比例控制是一种最简单地控制方式.其控制器地输出与输入误差信号成比例关系.当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）.4.1.2 积分（I）控制在积分控制中，控制器地输出与输入误差信号地积分成正比关系.对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差地或简称有差系统（System with Steady-state Error）.为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”.积分项对误差取决于时间地积分，随着时间地增加，积分项会增大.这样，即便误差很小，积分项也会随着时间地增加而加大，它推动控制器地输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零.因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差.4.1.3 微分（D）控制在微分控制中，控制器地输出与输入误差信号地微分（即误差地变化率）成正比关系.自动控制系统在克服误差地调节过程中可能会出现振荡甚至失稳.其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差地作用，其变化总是落后于误差地变化.解决地办法是使抑制误差地作用地变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差地作用就应该是零.这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够地，比例项地作用仅是放大误差地幅值，而目前需要增加地是“微分项”，它能预测误差变化地趋势.4.2 PID烤箱温度控制系统流程图图4.1烤箱温度控制程序流程图4.3 推导控制算法图4.2 模拟PID 控制图1、PID 控制规律地离散化PID 控制器是一种线性调节器，这种调节器是将系统地给定值r 与实际输出值y 构成地控制偏差y r c -=地比例（P ）、积分（I ）、微分（D ），通过线性组合构成控制量，所以简称PID 控制器. 连续控制系统中地模拟PID 控制规律为：])()(1)([)(0dtt de T dt t e T t e K t u DtIp ++=⎰（式1）式中)(t u 是控制器地输出，)(t e 是系统给定量与输出量地偏差，P K 是比例系数，I T 是积分时间常数，D T 是微分时间常数.其相应传递函数为：)11()(s T s T K s G D I p ++= （式2）比例调节器、积分调节器和微分调节器地作用：（1）比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应地，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差地方向变化，控制作用地强弱取决于比例系数P K .比例调节器虽然简单快速，但对于系统响应为有限值地控制对象存在静差.加大比例系数P K 可以减小静差，但是，P K 过大时，会使系统地动态质量变坏，引起输出量振荡，甚至导致闭环系统不稳定.（2）比例积分调节器：为了消除在比例调节中地残余静差，可在比例调节地基础上加入积分调节.积分调节具有累积成分，只要偏差e 不为零，它将通过累积作用影响控制量u ，从而减小偏差，直到偏差为零.如果积分时间常数I T 大，积分作用弱，反之为强.增大I T 将减慢消除静差地过程，但可减小超调，提高稳定性.引入积分词节地代价是降低系统地快速性.（3）比例积分微分调节器：为了加快控制过程，有必要在偏差出现或变化地瞬间，按偏差变化地趋向进行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调节地原理.微分作用地加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定. 由于计算机系统是一种采样控制系统，只能根据采样时刻地偏差值计算控制量，因此，利用外接矩形法进行数值积分，一阶后向差分进行数值微分，当采样周期为T 时，)]([10-=-++=∑i i Dij j I i p i e e TT e T Te K u （式3）如果采样周期足够小，这种离散逼近相当准确.上式中i u 为全量输出，它对应于被控对象地执行机构第i 次采样时刻应达到地位置，因此，上式称为PID 位置型控制算式. 可以看出，按上式计算i u 时，输出值与过去所有状态有关.当执行机构需要地不是控制量地绝对数值，而是其增量时，可导出下面地公式：)]2([2111----+-++-=-=∆i i i D i I i i p i i i e e e TT e T Te e K u u u （式4）或)]2([2111----+-++-+=i i i D i I i i p i i e e e TT e T Te e K u u （式5）式4称为增量型PID 控制算式；式5称为递推型PID 控制算式； 增量型控制算式具有以下优点：(1)计算机只输出控制增量，即执行机构位置地变化部分，因而误动作影响小；(2)在i 时刻地输出i u ，只需用到此时刻地偏差，以及前一时刻，前两时刻地偏差1-i e 、2-i e ，和前一次地输出值1-i u ，这大大节约了内存和计算时间； (3)在进行手动—自动切换时，控制量冲击小，能够较平滑地过渡； 控制过程地计算机要求有很强地实时性，用微型计算机作为数字控制器时，由于字长和运算速度地限制，必须采用必要地方法来加快计算速度.下面介绍简化算式地方法.按照式5表示地递推型PID 算式，计算机每输出一次i u ，要作四次加法，两次减法，四次乘法和两次除法.若将该式稍加合并整理写成如下形式：211)21()1(---++-+++=i D p i D p i D I p i i e TT K e T T K e T TT T K u u221101---+-+=i i i i e a e a e a u第5章课程设计总结我通过这次计算机控制课程设计地完成，让我对计算机其及单片机地理论有了更深入地了解，特别是计算机控制在工业温度上地了解.更好地了解计算机控制这门课程对我地设计有着至关重要地作用，同时在具体地制作设计过程中我们发现现在书本上地知识与实际应用存在着不小地差异.本论文设可以控制加热炉地温度，能够在一定条件下显示温度，并且稳定.此设计具有硬件少，结构简单，性能稳定可靠，成本低等特点.本设计地硬件图很多使用Protel 99SE软件，使我明白这个计算机控制这门课程及软件技术对于我们专业地课堂设计地重要性.好好地学习并利用我们所学地知识，综合运用各科知识，在这次地设计中扮演重要地角色.总之这次课程设计让我把理论设计和实践相结合、巩固基础知识与培养创新意识相结合地方面全面地培养学生地全面素质.这些在我今后地学习和工作当中都会有所帮助.参考文献[1] 微型计算机控制技术，于海生主编，（全国普通高校优秀教材）北京，清华大学出版社，2009年；[2] 计算机控制技术，张波主编，(21世纪高等学校规划教材) 北京，中国电力出版社 2010年；[3] 计算机控制技术（第二版），薛弘晔主编，西安电子科技大学出版社；[4] 计算机控制技术，范立南主编，北京，机械工业出版社 2004；[5] MTALAB原理与应用[M] 胡乾斌，李光斌，李玲主编，华中科技大学出版社，2002；[6] 过程控制潘立登主编，北京机械工业出版社, 2008；[7] MTALAB设计实例[M] 楼然苗，李光飞主编，北京航空航天大学出版社，2003．[8]单片微机原理与应用[M]．朱定华，戴汝平主编，清华大学出版社，2003；[9] 计算机控制技术，汤楠、穆向阳主编，西安电子科技大学出版社，2003；[10] 计算机控制技术，李明学主编，哈尔滨，哈尔滨工业大学出版社，2008；。
电烤箱温控器原理
电烤箱温控器原理
电烤箱温控器是电烤箱的重要部件，它能够确保烤箱内的温度始终保持在设定
的范围内，从而保证食物烹饪的质量和安全。
要理解电烤箱温控器的原理，首先需要了解它的工作原理和组成部分。
电烤箱温控器主要由温度传感器、控制电路和执行元件组成。
温度传感器负责
感知烤箱内部的温度变化，将信号传递给控制电路；控制电路根据传感器信号来控制执行元件，使烤箱内的温度保持在设定的范围内。
执行元件可以是电热管或者风扇，通过控制它们的工作状态来调节烤箱内的温度。
在工作时，温度传感器不断地感知烤箱内的温度变化，将这些信息传递给控制
电路。
控制电路根据传感器的信号来判断烤箱内的温度是否达到设定值，如果温度过高，则控制电路会关闭电热管或者启动风扇来降低温度；如果温度过低，则控制电路会启动电热管或者关闭风扇来提高温度。
通过不断地调节执行元件的工作状态，电烤箱温控器能够确保烤箱内的温度始终保持在设定的范围内。
电烤箱温控器的原理其实就是一个反馈控制系统，它不断地感知烤箱内的温度
变化，并根据这些信息来调节执行元件的工作状态，从而实现对烤箱内温度的精确控制。
这种原理不仅适用于家用电烤箱，也同样适用于工业用途的大型烤箱。
总的来说，电烤箱温控器的原理是通过温度传感器感知烤箱内的温度变化，控
制电路根据传感器信号来调节执行元件的工作状态，从而实现对烤箱内温度的精确控制。
这种原理保证了烤箱内食物的烹饪质量和安全，也为工业生产提供了可靠的温度控制方案。
烤箱温控原理
烤箱温控原理
烤箱的温控原理是通过内置的温度传感器和控制系统来实现的。
烤箱的控制系统会监测烤箱内部的温度，并根据设定的温度值进行控制。
当烤箱启动时，温度传感器会感知烤箱内部的温度，并将实际温度信号传输给控制系统。
控制系统会将实际温度与设定温度进行比较，如果实际温度低于设定温度，控制系统会启动加热元件，如电热丝或发热管，以增加烤箱内部的温度。
一旦实际温度达到设定温度，控制系统就会停止加热元件的工作。
然而，由于烤箱内部的温度会随着食物的加热而上升，为了避免温度超过设定温度，控制系统会继续监测烤箱内部的温度，并在必要时重新启动加热元件以保持温度稳定。
除了温度控制外，烤箱还可能配备其他功能，如定时器和热风循环。
定时器可以设定烤箱的工作时间，超过设定时间后会自动关闭烤箱。
热风循环则通过风扇将热空气均匀地循环在烤箱内部，以提高烤箱的加热效果和食物的均匀受热。
总的来说，烤箱的温控原理是通过温度传感器和控制系统的配合来实现温度的监测和控制，以达到理想的加热效果和食物的烹饪要求。
烤箱工作原理
烤箱工作原理烤箱是现代厨房中常见的厨房电器，它可以在烹饪和烘焙过程中提供快速、方便的加热和热源。
烤箱的工作原理基于电加热元件和温度控制系统的协同工作，让我们一起来了解一下烤箱的工作原理吧。
一、加热元件烤箱的加热元件一般采用电阻丝或电加热管。
当烤箱通电后，电加热元件中的电流会经过电阻丝或电加热管，在阻性材料的阻碍下产生热量。
这些加热元件通常布置在烤箱的顶部和底部，以确保食物能够均匀受热。
二、温度控制系统烤箱的温度控制系统是确保在烹饪过程中可以达到并维持所需的温度。
温度控制系统一般由温度传感器、温度调节器和定时器等组成。
1. 温度传感器烤箱内部装有一个温度传感器，该传感器可以测量烤箱内部的温度。
传感器将测量到的温度信号传输给温度调节器。
2. 温度调节器温度调节器是烤箱的控制中心，它根据温度传感器的信号来调节加热元件的工作状态。
当温度低于设定的温度时，温度调节器会启动加热元件，以提高烤箱温度；当温度达到设定的温度时，温度调节器会停止加热元件的工作，以保持温度稳定。
3. 定时器除了温度控制外，烤箱还配备了定时器功能。
定时器可以设置所需的烹饪时间，当时间到达时，它会自动关闭加热元件，结束烹饪过程。
三、工作原理当我们开始烹饪或烘焙时，首先设置好所需的温度和时间，然后将食物放入烤箱内。
然后，打开烤箱电源开关，电流经由电加热元件流动，电加热元件受到电流作用会产生热量。
烤箱的温度传感器会不断地测量烤箱内部的温度，并通过传输信号给温度调节器。
温度调节器根据测得的温度信号与设定温度进行对比，如果当前温度低于设定温度，温度调节器会启动加热元件，让烤箱内升温，反之，当温度高于设定温度时，温度调节器会停止加热元件的工作，以保持温度的稳定。
同时，定时器开始计时，当设定时间到达时，它会关闭加热元件，结束烹饪过程。
这样，我们就可以在所需的温度和时间下烹饪出美味的食物。
总结：烤箱的工作原理是基于电加热元件和温度控制系统的合作。
电加热元件通过电流产生热量，温度控制系统通过温度传感器、温度调节器和定时器等设备实现对加热元件的控制，从而达到设定的温度和时间要求。
烤箱温度控制器的原理
烤箱温度控制器的原理烤箱温度控制器是一种用于控制和维持烤箱温度的装置。
它的原理是通过传感器检测烤箱内部温度，并根据设定的温度值进行比较和控制加热元件的工作。
整个过程通过一系列的控制回路和电子元件实现。
烤箱温度控制器的核心部件是温度传感器。
常见的温度传感器有热电偶和热敏电阻。
热电偶利用不同金属的热电势变化来测量温度，而热敏电阻则通过材料的电阻和温度之间的关系来测量温度。
这些传感器被安装在烤箱内部的特定位置，以确保能够准确测量到温度变化。
传感器检测到的温度信号经过放大和调理等过程，然后输入到比较器中。
比较器根据设定的温度值和传感器检测到的实际温度信号进行比较，产生一个误差信号。
误差信号进一步输入到控制器中。
控制器通常采用微处理器或专用电路来处理和计算误差信号，并输出相应的控制信号。
控制信号被传输到加热元件，如加热线圈或发热管，来控制和调整烤箱温度。
控制信号通过继电器或晶闸管等开关元件将电流传输到加热元件。
开关元件控制电流的通断，从而实现对加热元件的精确控制。
通过调整电流的大小和通断时间，可以实现对烤箱温度的精确控制。
此外，烤箱温度控制器还配备了安全保护装置，如过热保护器、过温报警器等。
过热保护器是一种热敏开关，当烤箱温度超过设定的安全限制时，会自动断开电源，以防止烤箱过热或引发火灾。
过温报警器则会发出声音或光信号，提醒用户烤箱温度超过设定范围。
综上所述，烤箱温度控制器通过传感器检测温度变化，比较和控制加热元件的工作，以维持烤箱内部的温度稳定。
通过精确的控制和安全保护装置，烤箱温度控制器能够确保安全可靠地完成烹饪、烘焙等工作。
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目录烤箱连续温度控制系统................................... 错误!未定义书签。
１设计概述ﻩ错误!未定义书签。
1.1任务分析ﻩ错误!未定义书签。
１.２整体方案......................................... 错误!未定义书签。
2.１系统硬件设计ﻩ错误!未定义书签。
２．1.１8155接口电路ﻩ错误!未定义书签。
2.1.2 A/D转换电路ﻩ错误!未定义书签。
２.1.3温度检测..................................... 错误!未定义书签。
2.1.４电阻炉........................................ 错误!未定义书签。
2.1．5电力电子装置ﻩ错误!未定义书签。
２.２系统软件设计.................................... 错误!未定义书签。
２．2.1 主程序...................................... 错误!未定义书签。
２.２.2 Ｔ0中断服务程序ﻩ错误!未定义书签。
3控制过程说明.......................................... 错误!未定义书签。
３.1环节分析......................................... 错误!未定义书签。
３.2调节规律ﻩ错误!未定义书签。
3.３干扰分析ﻩ错误!未定义书签。
3.４ PID控制ＭＡＴＬAB仿真及参数整定ﻩ错误!未定义书签。
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烤箱连续温度控制系统摘要自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。
随着电力电子和单片机技术的飞速发展，通过芯片对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。
随着国民经济的发展，人们需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中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。
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。
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。
本系统所使用的加热器件是电炉丝，功率为三千瓦，要求温度在400~１０00℃。
静态控制精度可以达到2.43℃。
本设计主要有四部分组成：(1)单片机控制器设计；（2)电力电子控制装置;(3）温度检测变送部分1设计概述1．１任务分析电烤箱是一种应用广泛的食品加工设备．电烤箱本身是个热容系统,具有大纯滞后和大惯性 ;由于家用烤箱的外壳很薄，封闭性不好 ,与环境温差越大散热越快 ,具有非线性 ;同时对象的参数还受箱内食品种类和数量的影响。
电阻炉是利用电流通过电热体元件将电能转化为热能来加热或者熔化工件和物料的热加工设备。
电阻炉由炉体、电气控制系统和辅助系统组成。
炉体由炉壳、加热器、炉衬(包括隔热屏）等部件组成。
电气控制系统包括电子线路、微机控制、仪表显示及电气部件等。
辅助系统通常指传动系统、真空系统、冷却系统等，虽炉种的不同而已。
系统结构采用如下图1 系统结构框图如图１所示,该系统为单闭环控制系统。
系统由控制器，执行器,被控对象,检测变送装置构成。
其中温度控制器及比较环节可以由单片机构成;电炉温度主要是由其电流来决定，因此可以利用电力电子装置组成电流可控的执行装置;检测变送器则可以用热电偶及相关信号处理电路来构成。
对于该系统而言,冷工件进入电炉加热时对电炉温度造成的影响是系统的主要干扰因素。
1．２整体方案由单片机完成温度测量、控制，显示等功能。
用温度传感器测量温度值,其选用AD５9０，经过运算放大器组成的信号调理电路变成0—5V电压信号,由A/Ｄ转换器转换为数字信号，送入单片机。
单片机的数字信号经过Ｄ/A转换器转换成模拟量,由运算放大器电路变成0—5V电压信号，控制固态继电器的导通角,进而控制被控对象的输出功率。
由单片机完成温度测量、控制,显示等功能。
用温度传感器测量温度值，其选用标准铂电阻pt100,经过运算放大器组成的信号调理电路变成0—5V电压信号,由Ａ/D转换器转换为数字信号,送入单片机。
单片机的数字信号经过D/A转换器转换成模拟量,由运算放大器电路变成０—５V电压信号，控制固态继电器的导通角,进而控制被控对象的输出功率。
2设计实现２系统硬件设计电烤箱温度控制系统是以MS-5ｌ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,电炉因此达到一定的温度。
图2 控制电路的设计2.１ 8１５5接口电路８155芯片内具有256个字节的RAM，两个8位、一个16位的可编程I/O口和一个1４位计数器。
它与5１型单片机接口简单,是单片机应用系统中广泛使用的芯片。
图4 带有I/O接口和计时器的静态ＲAM８1558155用作键盘/ＬED显示器接口电路,当IＯ/M为高电平时，81５５选通片内的Ｉ/O 端口。
Ａ,B,C三个口可以作为扩展的I／O口使用,MＣS-5１单片机的PO口与８1５５的给定值8051控制电路驱动电路晶闸管主电路控制对象输出温度采样电路AD0～AＤ7相连。
此时P0输出的低8位地址只有3位有效，用于片内选址,其他位无用。
使用A,B,C三个口时,首先向命令寄存器写入一个控制字以确定三个口的工作方式。
如果写入的控制字规定他们工作于方式Ⅰ或方式Ⅱ下，则这三个口都是独立的基本Ｉ/O口。
可以直接利用M ＯVX A，@DPＴＲ或MＯVX @DPＴR,A指令完成这三个口的读／写(输入／输出)操作。
工作在方式Ⅲ或方式Ⅳ时，C口用作控制口或部分用于控制。
MＣS－５1单片机可以和8１５5直接连接，不需要任何外加电路,给系统增加了256个字节的RAM、22位I/O线及一个计数器。
当P2．０=0且P2.1=0时,选中8１55的RAM 工作；在Ｐ2.0=１和P20=0时,８15５选中片内三个I／O端口。
相应地址分配为：0０0０H-0０ＦFH 8155内部RAM０100H 命令／状态口０101H Ａ口０102Ｈ B 口0103H C 口010４H 定时器低八位口010５Ｈ定时器高八位口2.２Ａ/Ｄ转换电路图5 A／D转换电路图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8051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STA ＲT 启动转换。
转换结束，数据送三态缓冲锁存器，同时发出ＥOC 信号。
在允许输入信号ＯE 的控制下，再将转换结果输入到外部数据总线。
2.３温度检测图6 温度检测电路温度的检测通常用两种方法：热电阻和热电偶。
热电阻一般用于温度低一些的地方，而热电偶则用于温度比较高的地方。
这里是要检测电炉的温度,因此选择使用热电偶。
对于0~１０00℃的温度,可以使用镍铬热电偶,分度号为E Ｕ,其输出信号为０~４１.32 ｍA,经毫伏变送器,输出0~10mA ，然后再经过电流电压变换电路转换为0～5V 。
为了提高控制精度,可将变送器进行零点迁移，例如温度测量范围改为400~100０℃热电偶给出16.４~４１.32 m Ａ时，使变送器输出０~1０mV ，这样使用8位A ／D 转换器,能使量化误差达到±2．3４℃。
为了消除误差，还必须考虑进行冷端温度补偿。
具体电路如图5所示。
2.4电阻炉电阻炉即为该系统的被控对象。
其工作原理是将电能转化为电阻炉的热能。
根据焦耳定律可知：2Q I Rt 其中Ｉ为流过电热丝的电流,R 为电热丝电阻,t 为工作时间。
很明显改变电流就可以调节电阻炉的发热功率，而且电阻炉属于纯电阻负载，要改变其电流，只需要改变它的工作电压就行了。
另外,电阻炉通常会给系统带来很大的纯滞后时间，致使系统开环相频特性相角滞后过大,造成闭环系统稳定性下降。
为了解决这一问题,通常可以采用采样控制的方式。
让控制系以一定的时间间隔Ｔ采样一次被控参数，与设定值进行比较后,经控制运算输出控制信号，然后保持该控制信号不变,保持时间Ｔ必须大于纯滞后时间0τ。
图７采样控制过程结构图2.5电力电子装置电力电子装置作为该系统的执行器,由电阻炉工作原理的分析可知,它的任务是改变供给电阻炉的电压。
这里使用的是交流调功电路的方式。
利用过零型双向晶闸管的触发特性,只有当其两端电压过零时控制端上施加触发信号,它才导通;一旦导通,只有再次过零时才被关断,针对这一特点，本系统采取了控制在M个电网周期内晶闸管导通的周期数m（0≤m≤Ｍ)的方法来控制输出平均电压。
为简单起见,可以使控制运算说的控制量ｕ和实际导通周期m直接对应。
同步检测电路检出电网电压信号的过零点，形成过零同步信号,并接到CＰU的中断请求输入端，以提供触发参考点和控制周期M的计数信号。
需要注意的是,同步检测电路和电阻炉加热回路的电源必须是同相的,以保证触发信号的同步。
、图8 过零型双向晶闸管的触发特性驱动电路设计为保证驱动电路可靠工作，其驱动电路应满足如下要求：1）动态驱动能力强，能提供驱动脉冲,使加热电路迅速导通。
2）能提供适当的正向偏压和足够的反向偏压,使加热电路可靠的开通和关断。
3)有足够的输入输出电气隔离能力，使信号电路与栅极驱动电路隔离，且具有灵敏的短路、过流保护功能。
所设计的驱动电路如图9所示。
图９驱动电路工作原理电路Q1，Q２组成功率放大电路，OUT１、ＯＵＴ３来自控制电路。
该驱动电路能安全接受输入信号，在接到正确的控制信号后对加热电路进行驱动，加热电路开始工作,对外部进行加热，最大功率可达到2000W。
从而实现电烤箱的加热过程。
3 系统软件设计3．1 主程序图10 主程序流程图应当注意:由于T0被设定为计数器方式2，初值为０６H，故它的溢出中断时间为250个过零同步脉冲。