课程设计--基于单片机的水温控制系统

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1、评语：成绩：签名：日期：学院课程设计报告书课程名称：单片机控制系统课程设计题目：基于单片机的水温控制系统系（院）：学期：专业班级：姓名：学号：1.引言温度是工业对象中主要的被控参数之一，例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。电阻炉炉温控制系统的控制过程是：单片机定时对炉温进行检测，经A/D转换芯片得到相应的数字量，经过计算机进行数据处理，得到应有的控制量，去控制电阻炉进行加热，从而实现对温度的控制。进行系统设计时应考虑如

2、下问题：炉温变化规律的控制，即炉温按预定的温度～时间关系变化，这主要在设计控制程序时加以考虑。电阻炉的温度控制范围为：50—200℃，这就涉及到测温元件、电炉功率的选择，控制精度、超调量等指标，涉及到A/D转换精度、控制规律选择等。1.1设计目的1.在学习微机原理、单片机原理及应用、计算机控制技术、控制理论与系统的基础上，掌握单片机控制系统的设计方法与步骤；2.了解单片机控制系统构造的特点、组成和接口电路；3.掌握单片机软硬件结合设计整个系统的原理。2.控制系统的基本原理2.1设计内容及要求电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验，电

3、阻加热炉用电阻丝提供热功率，使其在预定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值。本控制对象电阻加热炉功率为8KW，由220V交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。电阻加热炉系统模型如图1所示。图1电阻加热炉系统模型工艺要求：按照规定的曲线进行升温和降温[7]，温度控制范围为50—200℃，升温和降温阶段的温度控制精度为±5℃，保温阶段温度控制精度为±2℃。系统可以实现的基本功能：微机自动调节功能：正常工作状态下，系统投入自动控制。模拟手动操作：当系统发生异常时，投入手动控制。微机监控功能：显示当前被控量的设定值、实际值、控制量的输出值

4、，参数报警时有灯光报警。2.2对象分析在本设计中，要求电阻炉炉内的温度，按照图2所示的规律变化，从室温开始到50℃为自由升温阶段，当温度一旦到达50℃，就进入系统调节，当温度到达200℃时进入保温段，要始终在系统控制下，以保证所需的炉内温度的精度。加工结束，要进行降温控制。保温段的时间为600—1800s。过渡过程时间：即从开始控制到进入保温阶段的时间要小于600s。在保温段当温度高于202℃或低于198℃时要报警，在升温和降温阶段也要进行控制，使炉内温度按照曲线的斜率升或降。计算机定时对炉温进行测量和控制一次，炉内温度是由一铂电

5、阻温度计来进行测量，其信号经放大送到模数转换芯片，换算成相应的数字量后，再送入计算机中进行判别和运算，得到应有的电功率数，经过数模转换芯片转换成模拟量信号，供给可控硅功率调节器进行调节，使其达到炉温变化曲线的要求。图2温度曲线图3.系统硬件的设计和实现3.1系统硬件组成及工作原理采用8031单片机作为控制器，ADC0809模数转换芯片为模拟量输入，铂电阻为温度检测元件，运算放大器和可控硅作为功率放大，电阻炉为被控对象，组成电阻炉炉温控制系统，另外，系统还配有数字显示，以便显示和记录生产过程中的温度和输出值。其工作过程为：热电偶将炉

6、温变换为模拟电压信号,经低通滤波滤掉干扰信号后送放大器,信号放大为0～5V后送A/D转换器，转换为数字量送入计算机。系统的硬件结构图如图3：图3系统的硬件结构图3.1.1单片机的选择单片机机型：MCS—518031（不包含ROM、EPROM）。8031内部包括1个8位CPU,21个特殊功能寄存器(SFR)4个8位并行I/O口,2个16位定时器/计数器,但片内无程序存储器,须外扩EPROM芯片。MCS-51具有64kB程序存储器寻址空间，它是用于存放用户程序、数据和表格等信息。对于内部无ROM的8031单片机，它的程序存储器必须进行

7、外部扩展。在选择程序存储器芯片时，首先必须满足程序容量，其次在价格合理情况下尽量选用容量大的芯片。这样做的话，使用的芯片少，从而接线简单，芯片存储容量大，程序调整余量也大。本设计中外部扩展存储器采用EPROM2732，EPROM2732的容量为4K×8位，4K表示有4×1024（22×210=212）个存储单元，8位表示每个单元存储数据的宽度是8位。前者确定了地址线的位数是12位（A0～A11），后者确定了数据线的位数是8位（O0～O7）。空间地址为64kB，此时单片机的端必须接地。强制CPU从外部程序存储器读取程序。对于内部有R

8、OM的8051等单片机，正常运行时，则需接高电平，使CPU先从内部的程序存储中读取程序，当PC值超过内部ROM的容量时，才会转向外部的程序存储器读取程序。首选8031的理由是：价格便宜，开发环境比较成熟。图48031引脚图8031是一个40引脚的集