【毕业论文】基于pid电加热炉温度控制系统的设计与开发word文档（定稿）

双向可控硅长期维持低阻态，直到低于维持电流，然后在转换到高阻态。

在控制交流电压时，每次电源电压过零双向可控硅都会自动截止，所以双向可控硅每半个周期都需要重新触发。

在本设计中，考虑到电网电压稳定和现在市场上销售双向可控硅型号，选择了工作电压为，通态电流为双向可控硅。

利用单片机控制双向可控硅导通角。

在不同时刻利用单片机给双向可控硅控制端发出触发信号，使其导通或关断，实现负载电压有效值不同，以达到调压控制目。

具体如下由硬件完成过零触发环节，即在工频电压下，每进行次过零触发信号，由此信号来达到与单片机同步。

过零检测信号接至单片机口，由单片机对度零点设定，例如零点温度为，即时电阻为，当电位器阻值调至时，温度零点就被设定在了。

测量电位器阻值时须在没有接入电路时调节，这是因为接入电路后测量电阻值发生了改变。

理论上，运放输出电压为输入压差信号放大倍数，但实际在电路工作时测量输出电压与输入压差信号并非这样关系，压差信号比理论值小很多，实际输出信号为式中电阻值以电路工作时量取为准。

电桥正电源必须接稳定参考基准，因为如果直接话，当网压波动造成发生波动时，运放输出信号也会发生改变，此时再到以未发生波动时建立温度电阻表中查表求值时就不准确。

驱动执行部分硬件输出通道主要包括加热电阻控制环节，而此控制环节核心是双向可控硅，但电路关键是设计双向可控硅驱动电路。

双向可控硅通断直接决定加热电阻工作与不工作，本部分用带过零触发光耦来驱动。

光耦驱动电路在驱动电路中，由于是弱电控制强电，而弱电又很容易受到强电干扰，影响系统工作效率和实时性，甚至烧毁整个系统，导致不可挽回后果，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带宽，较低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光电隔离器，用来驱动双向可控硅并隔离控制回路和主回路。

是片把过零检测和光耦双向可控硅集成在起芯片。

其输出端额定电压是，最大重复浪涌电流为，最大电压上升率为，输入输出隔离电压为，输入控制电流为。

在图驱动执行电路中，当单片机发出逻辑数字量为高电平时，经过三极管放大后驱动光耦合器放光二极管，输入端导通，有大约电流输入。

当输出端脚和脚尖电压稍稍过零时，光耦内部双向可控硅即可导通，提供个触发信号给外部晶闸管使其导通当为低电平时，截止，双向可控硅始终处于截止状态。

驱动电路有关元件选择，组成吸收电路，并接在双向可控硅两极之间。

吸收回路组成缓冲器。

有了吸收回路，可控硅通断过程中电源电压变化率受到，限制。

可以抑制双向可控硅通断时产生浪涌电流。

和根据经验公式选，般取，取几欧到几十欧，本电路中取欧，取。

为限流电阻，用来限制输出驱动电流，其数值为电源电压峰值除以双向可控硅允许重复电流。

在本电路中取欧。

由于在输出关断状态下也有小于或等于输出电流，所以加入分流消除这个电流对双向可控硅影响，以防止双向可控硅误触发，提高了系统可靠性。

在此电路中可以看出单片机输出通道采用了进行驱动有以下优点控制简单。

可用或指令直接控制以控制加热电阻工作与否。

由于采用了过零触发电路大大简化了双向可控硅触发电路，把向控制变为实用数字脉冲控制。

与双向可控硅实际组成了个固态继电器，实现了无触电控制。

输出通道实现了光电隔离，防止了射电干扰。

输出通道用口直接控制双向可控硅，省去了转换电路，简化了接口电路。

双向可控硅电路双向可控硅这种可控硅具有双向导通功能，在交流电正负半周都可以导通。

其英文名即三级交流开关意思，并把它两极称为和，其电路符合如图所示。

双向可控硅通断情况由控制极栅极决定，当栅极无信号时和成高阻态，管截止而当与之间加个阈值电压般大于电压时，就可以利用控制极栅极电压来使可控硅导通。

但需要注意是，当双向可控硅接感性负载时，电流和电压之间有定相位差。

在电流为零时，反向电压可能不为零，且超过转换电压，使管子反向导通，故要管子能承受这种反向电压，并在回路中加入网络加以吸收。

触发方式控制双向可控硅从高阻态阻断区转换到低阻态导通区可以用不同方式实现。

相应分为四种方式相对于为正，控制脉冲电压相对于为正相对于为负，控制脉冲电压相对于为负相对于为正，控制脉冲电压相对于为负相对于为负，控制脉冲电压相对于为正双向可控硅通常工作在控制方式和控制方式。

在这两种控制方式下，控制灵敏度特别高。

另外两种控制方式下，要求高倍触发电流。

在本设计中，选择了控制方式和。

如同晶闸管控制极那样，双向可控硅控制极在触发后便失去了作用。

双向可控硅长期维持低阻态，直到低于维持电流，然后在转换到高阻态。

在控制交流电压时，每次电源电压过零双向可控硅都会自动截止，所以双向可控硅每半个周期都需要重新触发。

在本设计中，考虑到电网电压稳定和现在市场上销售双向可控硅型号，选择了工作电压为，通态电流为双向可控硅。

利用单片机控制双向可控硅导通角。

在不同时刻利用单片机给双向可控硅控制端发出触发信号，使其导通或关断，实现负载电压有效值不同，以达到调压控制目。

具体如下由硬件完成过零触发环节，即在工频电压下，每进行次过零触发信号，由此信号来达到与单片机同步。

过零检测信号接至单片机口，由单片机对通信模块在此部分主要是实现下位机与上位机之间通信，将实时数据传送到上位机，进行同协调和集中管理。

电气接口是单端双极性电源电路。

由于采用数据传输线路是非平衡，且是误无差分接收方式，当信号穿过电气干扰环境时，发送信号将会受到影响。

故数据传输速率局限于传输距离局限于，但也是目前最广泛使用串行通信接口标准。

在本设计当中，考虑到系统调试方便，采用了串行总线。

芯片是美信公司专门为电脑标准串口设计接口电路，使用单电源供电。

内部结构基本可分三个部分第部分是电荷泵电路。

由脚和只电容构成。

功能是产生和两个电源，提供给串口电平需要。

第二部分是数据转换通道。

由脚构成两个数据通道。

其中脚脚脚脚为第数据通道。

脚脚脚脚为第二数据通道。

数据从输入转换成数据从送到电脑插头插头数据从输入转换成数据后从输出。

第三部分是供电。

脚脚系统软件设计本系统应用程序主要由主程序中断服务程序和子程序组成。

主程序任务是对系统进行初始化，实现参数输入，并控制电加热炉正常运行。

主程序主要由系统初始化数据采集及处理智能推理等部分组成。

系统初始化包括设置栈底工作寄存器组控制量初始值采样周期中断方式和状态定时器工作方式以及初始化初始化等。

数据采集及处理主要包括实时采集电加热炉炉温信号，计算出实际炉温与理想值差值以及温差变化率，并对炉温信号进行滤波和限幅处理。

主程序流程图如图所示。

图系统主程序控制系统软件主要包括采样标度变换控制计算控制输出中断显示报警调节参数修改温度设定及修改。

其中控制算法采用数字调节，应用增量型控制算法，并对积分项和微分项进行改进，以达到更好控制效果。

开始系统初始化温度数据采集及处理温度值显示计算温差和温差变化率智能控制算法程序控制输出求出输出控制量结束考虑到电加热炉是个非线性时变和分布参数系统，所以本文采用种新型智能控制算法。

它充分吸取数学和自动控制理论成果，与定性知识相结合，做到取长补短，在实时控制中取得较好成果。

心得体会通过为期周课程设计，让我学习了很多，也了解了很多，真可以说是受益匪浅。

此次课程设计中，我做课题是基于数字电加热炉温度控制系统。

整个系统分为四个部分测量检测模块，控制调节模块，驱动执行和电源模块。

查阅了很多资料并且对以前学习专业知识系统并有针对性复习设计出了自己满意作品，进而得到同学和老师肯定，也只有这样才能起到此次课程设计目。

通过各方面努力，最终设计出了自己较为满意系统。

虽然这周过得很辛苦，但是自己付出努力得到了回报，那种成就感是任何事物都无法代替。

还有在设计过程中，我们积累经验，对我们以后学习和工作会有莫大帮助。

参考文献康华光编著电子技术基础模拟部分高等教育出版社，于海生编著计算机控制技术机械工业出版社，李晓莹编著传感器与测设技术高等教育出版社，付家才编著单片机实验与实践高等教育出版社，谭浩强编著单片机应用教程清华大学出版社，本科生课程设计成绩评定表姓名性别男专业班级课程设计题目基于电加热炉温控制系统设计课程设计答辩或质疑记录成绩评定依据最终评定成绩以优良中及格不及格评定指导教师签字年月日度零点设定，例如零点温度为，即时电阻为，当电位器阻值调至时，温度零点就被设定在了。

测量电位器阻值时须在没有接入电路时调节，这是因为接入电路后测量电阻值发生了改变。

理论上，运放输出电压为输入压差信号放大倍数，但实际在电路工作时测量输出电压与输入压差信号并非这样关系，压差信号比理论值小很多，实际输出信号为式中电阻值以电路工作时量取为准。

电桥正电源必须接稳定参考基准，因为如果直接话，当网压波动造成发生波动时，运放输出信号也会发生改变，此时再到以未发生波动时建立温度电阻表中基于电加热炉温度控制系统设计概述电加热炉随着科学技术发展和工业生产水平提高，已经在冶金化工机械等各类工业控制中得到了广泛应用，并且在国民经济中占有举足轻重地位。

对于这样个具有非线性大滞后大惯性时变性升温单向性等特点控制对象，很难用数学方法建立精确数学模型，因此用传统控制理论和方法很难达到好控制效果。

单片机以其高可靠性高性能价格比控制方便简单和灵活性大等优点，在工业控制系统智能化仪器仪表等诸多领域得到广泛应用。

采用单片机进行炉温控制，可以提高控制质量和自动化水平。

在本控制对象电阻加热炉功率为，由交流电供电，采用双向可控硅进行控制。

本设计针对个温度区进行温度控制，要求控制温度范围，保温阶段