基于单片机的电炉炉温控制系统设计

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摘 要

随着科技的发展，许多行业对于电炉温度控制的稳定性、灵活性、成本等要求越来越高。本文设计了一种基于单片机的电炉炉温控制系统。电炉炉温控制系统的主控系统采用的是AT89S51单片机，用PID算法对信号进行处理以实现对电炉温度的控制。本系统采用DS18B20温度传感器实现温度的采集，并将温度以数字信号的形式传给单片机。本系统具有稳定性好、操作简单、成本低、灵活性高的特点，进一步满足了众多领域对电炉炉温控制的要求。

关键词：电炉炉温控制，AT89S51单片机，DS18B20温度传感器 ，PID控制

Abstract：With the development of technology, many industries for furnace temperature control stability, flexibility, and cost have become increasingly demanding.This article is designed furnace temperature control system based on a single chip.Furnace temperature control system is the master system uses AT89S51 microcontroller, with PID algorithm of signal processing to achieve the furnace temperature control.Using DS18B20 temperature sensor to achieve the collection of temperature, and the temperature in the form of digital signals transmitted to the microcontroller.The system has good stability, simple operation, low cost, high flexibility characteristics, further to meet the many areas of the furnace temperature control requirements.

Keywords: electric furnace temperature control,AT89S51 microcontroller, DS18B20 temperature sensor, PID control

目录

1 前言…………………………………………………………………4

2 系统方案设计………………………………………………………4

2.1 单片机的发展概况………………………………………………4

2.2 AT89S51单片机简介………………………………………4

2.3 DS18B20温度传感器简介………………………………………6

2.4 PID控制简介……………………………………………………7

3 系统硬件设计………………………………………………………8

3.1 总体设计…………………………………………………………8

3.2 键盘单元…………………………………………………………9

3.3 显示单元…………………………………………………………10

3.4 温度控制单元……………………………………………………10

4 系统软件设计………………………………………………………12

4.1 主程序流程图……………………………………………………12

4.2 T0中断服务程序流程图………………………………………12

4.3 按键处理流程图…………………………………………………13

总结……………………………………………………………………15

参考文献………………………………………………………………16

致谢……………………………………………………………………17

1 前言

随着科技的发展，低温电炉被许多行业广泛的应用起来，例如家用取暖、沥青和酚醛树脂为结合剂的镁碳砖的低温热处理等。温度的测量和控制在很多生产过程中与生产效率、生产安全、能源节约、产品质量等重大经济技术指标紧密相连。因此各个领域对电炉温度控制系统的控制精度、系统的稳定性以及可靠性等要求也在逐步提高。在现代科技发展中温度测量与控制技术成为一项重要技术。

温度控制技术的发展历经定制开关控制、PID控制、智能控制三个阶段。定制开关控制技术由于没有考虑到温度变化的惯性、滞后性，因此系统控制具有精度低、震荡明显、超调量大等不足。PID控制可以良好的控制确定的温度系统，但是对于非线性的系统，例如具有很大的惯性以及很大的滞后或者时变的温度系统，PID控制很难保证其控制的品质量。智能控制是自动控制的一种，它不需要人的干预，能独立驱动智能机械以实现其目的。本设计将PID控制与智能控制结合起来以解决目前温度控制领域所面临的问题。

本设计将单片机作为核心实现对电炉温度的控制。单片机具有可靠性高，集成度高的优点，控制功能强，低电压，低功耗，易扩展，易生产等特点，已广泛应用在数字、智能领域。本系统使用AT89S51单片机，使得电炉温度控制更为简单方便。^[1]

2 系统方案设计

2.1 单片机的发展概况

单片微型计算机就是把CPU(微处理器)、ROM（程序存储器）和RAM（数据存储器）、计数器/定时器、中断系统、输入/输出接口、总线和其他多种功能器件集成在一块芯片上的微型计算机。单片机的优点是可靠性高，易于扩展，控制功能强，低电压，低功耗，小容量的存储芯片。^[2]

1974，美国飞兆半导体公司（Fairchild）开发了世界上第一个单芯片F8。F8包括集成电路芯片两块，它的构造很独特，并且它的指令系统也很独特，在家用电器以及仪器仪表领域很受欢迎。从这个时候起，单片机快速的发展起来并且它的应用领域也在不断的扩大，现在已成为微型计算机里面的一个很重要分支。单片机正在向着高性能方向发展，即具有多个内部资源，多功能引脚，高可靠性，低电压，低功耗，低噪音，低成本等。

2.2 AT89S51单片机简介

AT89S51带有4K Byte FLASH 的CMOS 8位微处理器，它可编程、可反复擦写1000次、电压低、性能高等特性。Atmel的AT89S51是结合一个多功能的8位CPU与系统内可编程Flash单片芯片，是一个功能强大的微控制器，它为许多嵌入式控制应用提供了一个具有灵活度高和成本效益高等特点的解决方案。^[3]

2.2.1 AT89S51单片机内部结构

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