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| 工业加热炉温度控制系统设计 摘要 温度是制造业中的一个十分关键的参数，它的测量值是否精准直接影响着生产安全与产品品质。所以，大多数的制造业工厂对于温度准确的标准很高。比如，在生产碳滑板的技术工艺中，出入口的温度差值必须处于设定的数值，比这个数值高或者低均会干扰产品的正常制作，使其性能下降。采用单片机为核心控制的温控系统，因为结构简化、处理速度快等优势，目前在该领域得到了普遍使用。 本文针对工业加热炉温度控制系统模型,提出了一种基于ATmega16单片机的设计方案。设计中通过模糊反演法控制算法，继电器的开通或者关断都由单片机的输出信号决定，进而完成温度的不间断控制。实时显示炉内温度，键盘电路可设置加热炉期望的温度。当温度偏离期望值时进行报警提醒并能及时自动调节温度，防止产品的损坏或者事故发生。本篇文章提出了温控措施以及单片机外围电路和软件规划等，并且系统的合理性与可行性采用仿真实验予以佐证。 关键词：温度；自动化控制；ATmega16；模糊反演；仿真 目录 1 绪论 4 1.1 选题背景 4 1.2 国内外温度控制研究情况 5 1.3 哈尔滨电碳厂加热炉简介 6 1.4 温度控制发展趋势 6 1.5 加热炉工艺及其炉温控制技术介绍 7 1.5.1 加热炉结构及工艺简介 7 1.5.2 加热炉炉温控制技术介绍 7 1.6 本文的主要工作 8 2 系统硬件设计 8 2.1 温度控制器的选择 9 2.1.1 控制芯片的选择 9 2.1.2 单片机的特点 11 2.2 Atmega16单片机介绍 11 2.2.1 ATmega16产品特性 12 2.2.2 ATmega16引脚功能 13 2.2.3 ATmega16内核介绍 14 2.2.4 单片机最小系统 15 2.3 存储电路 16 2.3.1 CAT24WC02简介 16 2.3.2 I2C协议 16 2.3.3 I2C存储电路 18 2.4 传感器 18 2.4.1 传感器的选择 18 2.5 模数转换模块 19 2.5.1 ATmega16内部ADC特点 19 2.5.2 ATmega16内部ADC操作步骤 20 2.6 独立按键电路 20 2.7 输出控制驱动电路 21 2.8 液晶显示电路 21 2.8.1液晶显示简介 21 2.8.2 1602LCD的基本参数及引脚功能 22 2.9 蜂鸣器报警电路 23 3 工业加热炉温度控制方法 23 3.1 工业加热炉温度PID控制 23 3.2 PID算法流程图和数字控制器设计 24 3.2.1 PID算法流程图 24 3.2.2 数字控制器设计 24 3.3 Simu1ink下加热炉温度控制的仿真试验 26 3.3.1提出PID及模糊反演法仿真试验 26 3.3.2 PID参数对整个控制过程中的影响 27 3.3.3 KpKiKd对系统控制的影响 27 3.4 基于MATLAB的PID参数整定法 28 3.4.1 搭建系统方框图 29 3.4.2 仿真参数设计 29 3.5 模糊反演法控制器 32 3.5.1 模糊系统描述 32 3.5.2 控制器设计 32 3.6 仿真分析 37 3.3.7 Simulink仿真试验结论 40 4 温度控制系统软件设计 41 4.1 温度控制系统软件设计要求 41 4.2 温度控制系统软件程序设计 42 4.2.1 程序结构设计 42 4.2.2 程序模块的分类 43 4.2.3 程序模块设计 43 4.3 串行通信电路 47 5 系统仿真 48 5.1 编译程序 48 5.2 proteus仿真 48 5.3 电源模块仿真 48 5.4 系统仿真图 48 6 经济技术分析 51 7 结论 52 致谢 53 参考文献 54 |
