武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书
基于单片机的电阻炉温度控制系统设计、
概述
电阻炉在化工、冶金等行业应用广泛，因此温度控制在工业生产和科学研究中具有重要意义。其控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。采用单片机进行炉温控制，具有电路设计简单、精度高、控制效果好等优点，对提高生产效率、促进科技进步等方面具有重要的现实意义。此次课程设计温度控制系统的主要技术指标有：温控范围：300℃～1000℃；恒温时间：0～24小时；控制精度：±1℃；超调量1。
1整体设计及系统原理
本系统由单片机AT89C51、温度检测电路、键盘显示、显示电路、温度控制电路等部分组成。系统中采用了新型元件，功能强、精度高、硬件电路简单。其硬件原理图如图1所示。
在系统中，利用热电偶测得电阻炉实际温度并转换成毫伏级电压信号。该电压信号经过温度检测电路转换成与炉温相对应的数字信号进入单片机，单片机进行数据处理后，通过液晶显示器显示温度，同时将温度与设定温度比较，根据设定计算出控制量，根据控制量通过控制继电器的导通和关闭从而控制电阻丝的导通时间，以实现对炉温的控制。
键盘显示
AT89C51单片机
温度检测电路
温度控制
传感器
电阻炉
程序流程图
图1硬件原理图
f武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书
在系统软件中，主程序完成系统初始化和电炉丝的导通和关断；炉温测定、键盘输入、时间确定和显示、控制算法等都由子程序来完成；中断服务程序实现定时测温和读取时间。流程图如图2所示。
图2总体流程图
开始
系统初始化设置
键盘输入及目标炉温设置
停止加热
炉温测量与显示
全速加热
炉温等于下限温度
Y
N
Y
炉温等于上限温度
N
PID算法控制炉温加热
炉温测定并显示
等于目标温度且稳定时间到
N
Y
结束
2硬件设计21温度检测电路
本系统采用的K型（镍铬－镍硅）热电偶，其可测量1312℃以内的温度，其线性度较好，而且价格便宜。K型热电偶的输出是毫伏级电压信号，最终要将其转换成数字信号与CPU通信。传统的温度检测电路采用“传感器－滤波器－放大器－冷端补偿－线性化处理－AD转换”模式，转换环节多、电路复杂、精度低。在本系统中，采用的是高精度的集成芯片MAX6675来完成“热电偶电势－温度”的转换，不需外围电路、IO接线简单、精度高、成本低。MAX6675是MAXIM公司开发的K型热电偶转换器，集成了滤波器、放大器等，r