电烤箱温度控制计算机控制系统设计

电烤箱温度控制计算机

控制系统设计

SANY GROUP system office room 【SANYUA16H-

计算机控制系统

课程设计说明书

电烤箱温度控制系统设计DESIGNOFELECTRICOVENTEMPERATURECO

NTROLSYSTEM

学生姓名周泽民

学院名称信电工程学院

学号

班级12电气1

专业名称电气工程及其自动化

指导教师曹言敬

2015年7月10日

摘要

本次温度控制系统设计整体而言完全可以实现对电烤箱温度闭环恒定控制。但是不当之处在所难免。当热电阻检测出当前电烤箱所处温度时，不能和预置温度一起以数字形式很直观的对比显示出来。及操作者无法同时看到电烤箱当前所处温度和预置温度。鉴于此种情况，应再外接一个数码显示器以软件程序来实现，将电烤箱当前所处温度和预置温度同时显示出来；在实际使用过程中，由于电烤箱加热时有一定得温度缓冲，即当电烤箱断电时，加热并不是立即停止，而是过一段时间后温度才慢慢停下来以致开始下降。这样就使得我们控制很不准确，会出现严重超温或者低温现象。鉴于此种情况，我们应在电烤箱温度接近我们要求的温度时，由连续加热或连续降温改为断续加热或断续降温。

关键词单片机；温度；电烤箱；控制

目录

1绪论 (1)

1.1技术指标 (1)

1.2控制方案 (1)

1.2.1控制系统的建模 (1)

1.2.2PLC系统 (2)

1.2.3单片机系统 (3)

1.2.4选择最优方案 (3)

2硬件部分设计 (5)

2.1C51单片机简介 (5)

2.1.1中央处理器CPU (5)

2.1.3AT89C51单片机引脚功能 (6)

2.1.4AT89C51单片机时钟电路及时序 (8)

2.1.5AT89C51单片机复位电路 (9)

2.2温度检测电路设计 (9)

2.2.1温度传感器 (9)

2.2.2变送器 (10)

2.2.3A/D转换 (10)

2.3温度控制电路设计 (12)

2.4键盘电路设计 (14)

2.5数码管显示电路设计 (15)

3控制程序设计 (18)

3.1工作流程 (18)

3.2功能模块 (18)

3.3资源分配模块 (18)

3.4软件功能设计 (18)

3.4.1键盘管理 (18)

3.4.2显示管理 (19)

3.4.3温度检测模块 (20)

3.4.4温度控制模块 (21)

3.4.6主程序模块 (22)

3.5基于SIMULINK的PID仿真 (22)

结论 (25)

致谢 (26)

参考文献 (27)

附录 (28)

附录1 (28)

附录2 (29)

1绪论

1.1技术指标

温度控制是工业生产过程中经常遇到的控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。根据温度变化快慢的特点，并且控制精度不易掌握等特点，本文电烤箱的温度控制为模型，设计了以AT89C51单片机为检测控制中心的温度控制系统。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，有较强的通用性。

电烤箱的具体指标如下：

（1）电烤箱为一封闭长方体结构，

（2）烤箱内尺寸：0.8m ×0.6m ×0.4m 。

（3）加热器件为一1kw （220v ）电热丝。

（4）从室温开始升温到100℃系统调节时间t s ≤5分钟，超调量≤10%。

（5）控制温度范围为50～200℃连续可调。

（6）显示实时温度，显示精确到1℃。

1.2控制方案

1.2.1控制系统的建模

本文的被控对象为某公司生产的型号为0.8m×0.6m×0.4m 的电烤箱，其工作频率为50HZ ，总功率为1kW ，工作范围为50～200℃。设计目的是要对它的温度进行控制，达到调节时间短、超调量≤10%的技术要求。

在工业生产过程中，控制对象各种各样。理论分析和实验结果表明：电加热装置是一个具有自平衡能力的对象，可用二阶系统纯滞后环节来描述。然而，对于二阶不振荡系统，通过参数辨识可以降为一阶模型。因而一般可用一阶惯性滞后环节来描述温控对象的数学模型。所以电烤箱模型的传递函数为：

1

)(+=⋅-Ts Ke s G s

τ式(1.1) 式中K ——对象的静态增益；

T ——对象的时间常数；

τ——对象的纯滞后时间。

目前工程上常用的方法是对过程对象施加阶跃输入信号，测取过程对象的阶跃响

应，然后由阶跃响应曲线确定过程的近似传递函数。具体用科恩-库恩（Cohn-Coon ）公式确定近似传递函数。

给定输入阶跃信号200℃，用温度计测量电烤箱的温度，每半分钟采一次点，实验数据如下表2-1：

表2-1烤箱模型的温度数据

Cohn-

Coon 公式

如下： )3

1

(5.1632.028.0t t -=τ式(1.2) 式中△M ——系统阶跃输入；

△C ——系统的输出响应；

t0.28——对象飞升曲线为0.28△C 时的时间（分）；

t0.632——对象飞升曲线为0.632△C 时的时间（分）。

从而求得K=0.92,T=144S,τ=30S

所以电烤箱模型为：

1

14492.0)(30+=-s e s G s

式(1.3) 1.2.2PLC 系统

（1）PLC 的定义

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专门为在工业环境下应用而设计。他采用了可编程序的储存器，用来在其内部储存执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术操作的面向用户的指令，并通过数字化或模拟式的输入/输出，控制各种类型的机械或生产过程。

（2）PLC 的特点

现代工业生产是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。

1. 可靠性高，抗干扰能力强：

PLC 用软件取代了继电器控制系统中打量的仲坚继电器和时间继电器，接线可减少到继电器控制系统的十分之一以下，大大减少了因为触点接触不良造成的故障。

2. 硬件配套齐全，使用方便，适应性强：

PLC 产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的硬件装置。

时间 t(m)

0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 温度 T(℃)

20 31 52 78 104 126 148 168 182 198 200