摘 要
本文设计的是坩埚熔化电阻炉温度自动控制系统。该系统利用单片机可以方便地实现对PID参数的选择与设定；实现工业过程中PID控制。它采用温度传感器热电偶将检测到的实际炉温进行A/D转换，再送入计算机中，与设定值进行比较，得出偏差。对此偏差按PID规律进行调整，得出对应的控制量来控制固态继电器、调节电炉的加热功率，从而实现对炉温的控制。利用8751单片机实现温度智能控制，能自动完成数据采集、处理、转换、并进行PID控制和键盘终端处理（各参数数值的修正）及显示。在设计中应该注意，采样周期不能太短，否则会使调节过程过于频繁，这样，不但执行机构不能反应，而且计算机的利用率也大为降低；采样周期不能太长, 否则会使干扰无法及时消除，使调节品质下降。目前，单片机在各行业控制系统中普遍被采用，其构成的实时控制系统日臻完善，系统总体性能也大大提高。
本系统对干扰信号的抑制能力较强，对温度的测量比较准确。而且通过PID控制算法实现了对系统参数的调节，使系统的响应更加灵敏、准确。
关键词 单片机 温度控制 PID调节
目 录
绪 论……………………………………………………………………1
控制系统总体方案确定…………………………………………………2
2.1 系统总体方案确定……………………………………………………… 2
2.1.1 系统的组成………………………………………………………2
2.1.2 系统的工作过程…………………………………………………2
2.2 设计指标………………………………………………………………… 3
第三章 控制算法…………………………………………………………………4
3.1 控制算法的确定…………………………………………………………4
3.2 数学模型的建立…………………………………………………………4
3.3 PID控制算法……………………………………………………………4
3.4 PID参数的整定……………………………………………………………6
第四章 控制系统的硬件设计……………………………………………………9
4.1 微处理器的选择…………………………………………………………9
4.1.1 8751芯片介绍……………………………………………………9
4.1.2 时钟电路和复位电路……………………………………………11
4.2温度检测元件的选择与冷端补偿电路………………………………… 12
4.2.1 温度检测元件的选择……………………………………………12
4.2.2 冷端补偿电路……………………………………………………12
4.3 变送器的选择与设计……………………………………………………13
4.4 A/D转换芯片的选择与接口电路…………………………………………14
4.4.1 A/D转换芯片的选择………………………………………… 14
4.4.2 A/D转换器与单片机的接口电路………………………………15
4.5 I/O接口扩展………………………………………………………………16
4.5.1 可编程并行I/O芯片8255A介绍………………………………16
4.5.2 8255A与8751的接口电路……………………………………18
4.6 程序存储器扩展…………………………………………………………19
4.7 键盘、显示器接口电路…………………………………………………20
4.7.1 8255A与键盘接口电路…………………………………………20
4.7.2 8255A与显示器接口电路……………………………………22
4.8 过零检测电路…………………………………………………………23
4.8.1 调功原理…………………………………………………………23
4.8.2 过零检测电路……………………………………………………24
4.9 执行机构的选择……………………………………………………25
4.9.1 固态继电器的选择…………………………………………25
4.9.2 固态继电器的应用电路………………………………………26
4.10 系统电源………………………………………………………………26
第五章 控制系统的软件设计………………………………………………………28
5.1 系统采样周期的确定………………………………………………28
5.1.1 香农采样定理………………………………………………28
5.1.2 采样周期的选择………………………………………………28
5.2 数字滤波……………………………………………………………29
5.2.1 数字滤波的优点…………………………………………29
5.2.2 数字滤波的几种方法…………………………………………29
5.3 系统控制程序………………………………………………………………30
5.3.1 主程序流程图……………………………………………30
5.3.2 中断子程序流程图…………………………………………30
5.3.3 PID算法流程图………………………………………… 30
结束语……………………………………………………………………………34
参考文献……………………………………………………………………35
附录A：系统硬件电路原理图………………………………………………37
附录B：程序清单……………………………………………………………38
