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1、基于I电加热炉温度控制系统设计 1 概述 电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，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的地位。对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。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 80，由 220V 交流电供电,采用双向可控硅进行控制。本设
2、计针对一个温度区进行温度控制,要求控制温度范围 50350C,保温阶段温度控制精度为正负1 度。选择合适的传感器，计算机输出信号经转换后通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压。其对象问温控数学模型为:1)(sTeKsGdsd 其中:时间常数 Td=350 秒 放大系数 Kd=5 滞后时间=10 秒 控制算法选用改ID 控制 2 系统硬件的设计 本系统的单片机炉温控制系统结构主要由单片机控制器、可控硅输出部分、热电偶传感器、温度变送器以及被控对象组成。系统硬件结构框图如下：图-1 系统硬件结构框图 看门狗 报警提醒 通信接口 LED 显示 键盘 微型控制机 AT89S52 温 度 检 测PT
3、100 驱动执行机构 8 路 D/A 转换器 DAC0832 测 量 变送 8 路 A/D 转换器 ADC0809 加热电阻 温度 图 2-系统电路图 21 电源部分 本系统所需电源有 22交流市电、直流电压和低压交流电,故需要变压器、整流装置和稳压芯片等组成电源电路。电源变压器是将交流电网 22V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波,必须通过滤波电路加以滤除,从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动（一般有+10%左右的波动)、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需要接稳压电路。稳压电路的作用
4、是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。整流装置采用二极管桥式整流，稳压芯片采用 78L05,配合电容将电压稳定在 5V，供控制电路、测量电路和驱动执行电路中弱电部分使用。除此之外,220V交流市电还是加热电阻两端的电压，通过控制双向可控硅的导通与截止来控制加热电阻的功率。低压交流电即变压器二次侧的电压,通过过零检测电路检测交流电的过零点，送入单片机后,由控制程序决定双向可控硅的导通角,以达到控制加热电阻功率的目的。采样测量部分 在检测装置中，温度检测用ZP-231铂热电阻（Pt0)，采用三线制接法，采样电路为桥式测量电路，其输入量程为550,经测量电路采样后输出25V电压,
5、再经模数转换芯片AC08进行转换，变为数字量后送入单片机进行分析处理。铂电阻温度传感器是利用其电阻和温度成一定函数关系而制成的温度传感器,由于其测量准确度高、测量范围大、复现性和稳定性好等,被广泛用于中温(-20065)范围的温度测量中。T100是一种广泛应用的测温元件,在-50600范围内具有其他任何温度传感器无可比拟的优势，包括高精度、稳定性好、抗干扰能力强等。由于铂电阻的电阻值与温度成非线性关系,所以需要进行非线性校正。校正分为模拟电路校正和微处理器数字化校正，模拟校正有很多现成的电路，其精度不高且易受温漂等干扰因素影响,数字化校正则需要在微处理系统中使用，将t电阻的电阻值和温度对应起来
6、后存入EEROM中,根据电路中实测的AD值以查表方式计算相应温度值。常用的 Pt 电阻接法有三线制和两线制,其中三线制接法的优点是将PT0的两侧相等的的导线长度分别加在两侧的桥臂上,使得导线电阻得以消除。常用的采样电路有两种：一为桥式测温电路,一为恒流源式测温电路。在本系统设计中，采用了第一种方法,即桥式测温。测温原理:电路采用TL41和电位器VR1调节产生496V 的参考电源；采用R1、2、V2、t100构成测量电桥（其中1=,R2为100精密电阻），当Pt0的电阻值和R2的电阻值不相等时,电桥输出一个V级的压差信号，这个压差信号经过运放LM24放大后输出期望大小的电压信号,该信号可直接连A
7、D转换芯片。差动放大电路中R4、R5=R6、放大倍数=R5R3,运放采用单一供电。设计及调试注意点：1.同幅度调整R1和R2的电阻值可以改变电桥输出的压差大小；2.改变R/R的比值即可改变电压信号的放大倍数,以便满足设计者对温度范围的要求 3.放大电路必须接成负反馈方式，否则放大电路不能正常工作 。4.V2也可为电位器，调节电位器阻值大小可以改变温度的零点设定，例如Pt100的零点温度为，即时电阻为10，当电位器阻值调至19.88时，温度的零点就被设定在了25。测量电位器的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的电阻值发生了改变。5 理论上,运放输出的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的关系,压差信号比理论值小很多,实际输出信号为 4.96(RPt10(R+Rt0）-RR/（R1+R2）)（1)式中电阻值以电路工作时量取的为准。6.电桥的正电源必须接稳定的参考基准，因为如果直接V的话,当网压波动造成VC发生波动时，运放输出的信号也会发生改变，此时