电阻炉温度控制系统毕业设计
南华大学电气工程学院毕业设计（论文）
1引言
1.1研究意义与背景
温度是工业生产中主要的被控参数之一，与之相关的各种温度控制系统广泛应用于化工、机械、冶金、食品等领域。温度控制是工业生产过程中常见的过程控制之一，在不少
工艺过程中，温度的控制效果直接影响到产品的质量。所以设计一种较为理想的温度控制
系统是非常有价值的。
温度控制系统属一阶氢铵落后环节，具备小惯性、氢铵落后、非线性等特点，引致传
统掌控方式市场汇率大、调节时间短、控制精度高。使用单片机展开温度控制，具备电路
设计直观、精度高、掌控效果不好等特点，对提升生产效率、推动科技进步等方面具备关
键的现实意义。随着单片机技术的快速蓬勃发展与蓬勃发展，其平衡、安全、高效率、经
济等优点十分注重，所以其应用领域也十分广为。单片机已经无处不在，与我们生活息息
相关，并且渗透到生活的方方面面。
单片机的特点是体积较小，也就是其集成特性，其内部结构是普通计算机系统的简化，增加一些外围电路，就能够组成一个完整的最小系统，单片机具有很强的可扩展性。它具
有和普通计算机类似的、强大的数据处理功能，通过使用一些科学的算法，可以获得很强
的数据处理能力。所以单片机在工业应用中，可以极大地提高工业设备的智能化、数据处
理能力和处理效率，而且单片机无需占用很大的空间。
随着检测理论和技术的不断更新，温度传感器的种类也越来越多，在微机系统中采用
的传感器，必须就是能将非电量转换成电量的传感器，目前常用的存有热电偶传感器、热
电阻传感器和半导体内置传感器等，每种传感器根据其自身特性，都存有它自己的应用领域。
1.2电阻炉简介
（1）电阻炉的概述
电阻炉是利用电流使炉内电热元件或加热介质发热，从而对工件或物料加热的工业炉。工业上用的电阻炉一般由电热元件、砌体、金属壳体、炉门、炉用
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机械和电气控制系统等共同组成。电热元件具备很高的耐热性和高温强度，很低的电
阻温度系数和较好的化学稳定性。电热元件的原产和线路三相，依炉子功率大小和炉温建
议而的定。电阻炉的供电电压通常为220v或380v，必要时布局可以调节电压的中间变压器。一般而言，小型炉(<10kw)使用单相供电，大型炉使用三相供电。
1.3温度检测的意义与技术发展
温度就是一个非常关键的物理量，因为它直接影响冷却、化学反应、蒸煮、蒸煮、焙烧、酿造、浓度、结晶以及空气流动等物理和化学过程。如果温度丧失掌控，就可能将引
发生产安全、产品质量、产品产量等一系列问题。因此对温度的检测的意义就越来越小。
温度收集控制系统在工业生产、科学研究和人们的生活领域中获得了广泛应用。在工业生
产过程中，很多时候都须要对温度展开严苛的监控，以使生产能成功的展开，产品的质量
才能获得充份的确保。采用自动温度控制系统可以对生产环境的温度展开自动控制，确保
生产的自动化、智能化能成功、安全展开，从而提升企业的生产效率。
温度采集控制系统是在嵌入式系统设计的基础上发展起来的。嵌入式系统虽然起源于
微型计算机时代，但是微型计算机的体积、价位、可靠性，都无法满足广大对象对嵌入式
系统的要求，因此，嵌入式系统必须走独立发展道路。这条道路就是芯片化道路。将计算
机做在一个芯片上，从而开创了嵌入式系统独立发展的单片机时代。
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2系统总体设计及方案论证
2.1系统总体设计
本章主要阐释基于单片机的温度控制系统以及方案论证。本系统由单片机、冷却模块、温度信号收集与a/d切换、人机交互及串口通信、按键电路、表明电路、报警电路、登位
电路、时钟电路、稳压电源模块十部分分后共同组成。由于功能模块具体内容同时实现的
器件的相同，将直接影响整个系统的性能及成本，为了达至高效率、新颖的目的，在系统
设计之前的方案论证就是十分关键的，系统设计原理图例如图2.1右图：
温度信号采集与a/d转换稳压电源模块
图2.1系统设计原理图
单片机：该部分的功能不仅包括向温度传感器写入各种控制命令、读取温度数据、数
据处理，同时还要对执行单元进行控制。单片机是整个系统的控制核心及数据处理核心。
温度信号收集与a/d切换：本部分的主要促进作用就是用传感器检测演示环境中的温
度信号，温度传感器上电流将随其环境温度值线性变化。再把电流信号转换成电压信号，
采用a/d转换器将演示电压信号转换成单片机能展开数据处理的数字电压信号，本设计使
用的就是数字温度传感器，以上过程都在温度传感器内部顺利完成。
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单人机交互及串口通信片机掌控继续执行及报警单元南华大学电气工程学院毕业设计（论文）
人机交互及串口通信：人机交换的目的是为了提高系统的可用性和实用性。主要包括按键输入、输出显示。通过按键输入完成系统参数设置，而输出显示则完成数据的显示和系统提示信息的输出，串口通信的主要功能是完成单片机与上位机的通信，便于进行温度数据统计，为将来系统功能的扩展做好基础工作。
电源系统单元：本单元的主要功能就是为单片机提供更多适度的工作电源，同时也为其他模块提供更多电源。例如液晶显示屏、按键电路等。在本设计当中，电源系统输入
+5v的电源。
电源执行单元：是单片机的输出控制执行部分，根据单片机数据处理的结果，驱动光电耦合器控制双向可控硅等外部设备，可以达到超温报警及升温或者降温目的，使水温始终保持在一个范围之内。
2.2方案论证
2.2.1单片机的选择
单片机在多数电子设计当中基于性价比的考量，8十一位单片机仍就是新宠。目前，8十一位单片机在国内外仍占据关键地位。在8十一位单片机中又以mcs－51系列单片机及其兼容机所占到的份额最小。mcs－51的硬件结构同意了其指令系统不能发生变化，设计人员可以很难的对相同公司的单片机产品展开选型，他们只需将重点放到芯片内部资源的比较上。
在以前的电子设计中，应用比较广泛的单片机是at89c51单片机了，但是该单片机最致命的缺陷在于不支持isp（互联网服务提供商）功能。atmel公司目前已经停止了
at89c51生产，51单片机必须加上isp功能才能更好延续mcs-51的传奇，at89s51就是在这样的背景下诞生的。目前at89s51已经成为了实际应用市场上的新宠儿，at89s51在工艺上进行了改进，不但降低了成本，而且增加了功能，提升了单片机性能，提高了市场竞力。
at89s51追加了许多功能，性能也存有了很大的提高，但是价格仍旧与at89c51的价格一致。追加的功能之中最具备影响力的就是isp在线编程功能，这个功能的优势是，重写单片机flash存储器内的程序不须要把芯片从工作环路
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境中剥离。
似乎，at89s51在性能上比at89c51必须优良得多，因为它不但在at89c51的基础上
减少了许多功能，而且价格基本没提升，所以在器件挑选的时候首先确定at89c51，对于
市场上的另外一种比较盛行的单片机c8051f，尽管它在性能、功能上都必须比at89s51优良很多，但是它的价格就是at89s51的数倍，本系统采用at89s51已经全然能同时实现所
须要的功能，基于成本的考量，退出c8051f，挑选at89s51做为本系统的主控单元。
2.2.2温度传感器的选择
本部分主要就是论证温度传感器的选型。传感器的挑选受很多因素的影响，首先就是
各种温度传感器自身的优缺点，其次就是各种相同的环境因素，除了就是系统所建议同时
实现的精度以及测温范围，所以在相同的设计当中温度传感器的挑选也将相同。
方案一：热电偶传感器
热电偶传感的原理就是将温度变化切换为电势变化。它就是利用两种相同材料的金属
相连接在一起，形成的具备热电效应原理的一种感温元件。其优点为精确度低、测量范围广、结构直观、使用方便、型号种类比较多且技术明朗等。目前广为应用于工业与民用产
品中。热电偶传感器的种类很多，在挑选时必须考量其灵敏度、精确度、可靠性、稳定性
等条件。
方案二：热电阻传感器
热电阻传感器的原理就是将温度变化切换为电阻值的变化。热电阻传感器就是中低温
区最常用的一种温度传感器。它的主要特点就是：测量精度高，性能平衡。其中铂热电阻
的测量精度就是最低的，不仅广为应用于工业测温，而且被制作成标准的基准仪。从热电
阻的测温原理可以晓得，被测温度的变化就是轻易通过热电阻阻值的变化去整体表现的。
因此，热电阻的带出线的电阻的变化可以给测温增添影响。为消解引线电阻的影响，通常
使用三线新制或四线制。热电阻测温系统通常由热电阻、相连接导线、表明仪表共同组成。
方案三：半导体集成模拟温度传感器
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