(论文 页数:58 字数:23289 带程序)摘 要:温度是工业对象中主要的被控参数之一。特别是在冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各类工业中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉和锅炉中的温度进行检测和控制。由于工艺不同，所需要的温度高低不同，因而所采用的测温元件和测温方法也不同，加热方式和燃料的异同也影响控制温度的精度和控制方案也不同。当今，单片机的技术已经非常成熟了，它集成度高、功能强、存储量大、速度快、抗干扰性强和指令丰富等的优点，使它的应用遍及各个领域。本文设计的系统就是单片机应用于温度控制的一个例子。本系统是一种高精度、测控速度快、测控温度范围广的应用性比较强的基于单片机的温度测控系统。
本设计以AT89C51单片机为控制核心，通过硬件电路的制作和软件程序的编制，实现一个温度测控系统。本系统主要包括采集模块、显示模块、通信模块、键盘输入模块和功率控制模块。在前向通道通过热电偶对温度进行采集，采集到的数据经过单片机处理后产生控制信息，在后向通道对电加热炉的功率进行控制，并把温度实时地显示出来；同时，可以把温度信息传送给PC机，通过PC机控制炉温，也可以通过键盘输入控制温度值。本系统的软件采用汇编语言进行模块化编程。模块包括主程序，键盘中断、串行中断和定时器中断三个中断程序，以及显示、数字滤波、PID算法、温度标尺转换等几个子程序。本系统实现1℃的控制精度，控制范围为0～1200 ℃，响应速度比较迅捷，还具有功耗低，可靠性好的特点。所以本系统具有很强的应用性，适合工业高温温度控制。
关键词：单片机,温度控制,PID 热电偶

目 录
1 前言 1
2 方案的设计与论证 1
2.1 传感器 1
2.1.1 传感器的选择 1
2.1.2 热电偶 3
2.1.2.1 热电偶的工作原理 3
1.1.2.2 热电偶的结构与种类 3
2.2 测量通道 4
2.2.1 放大器 4
2.2.2 A/D转换器 5
2.2.2.1 A/D转换器的选择 5
2.2.2.2 MAX187简介 6
2.2.2.3 MAX187的工作过程 7
2.3 微机 8
2.4 数字显示器和报警器 10
2.4.1 数字显示器的选择 10
2.4.2 LED工作原理 10
2.4.3 74LS47译码器 11
2.4.4 报警器 12
2.5 控制通道 12
2.5.1 控制通道的器件选择 12
2.5.2 MOC3061的功能与结构 13
2.5.3 晶闸管 14
2.6 单片机与PC通信 15
2.6.1 单片机与PC通信的意义 15
2.6.2 MAX232芯片实现单片机与PC通信 15
2.7 键盘输入 15
2.8 系统总体框图 17
3 系统的硬件结构 18
3.1 AD595放大电路 18
3.2 MAX187 A/D转换电路 19
3.3 LED显示电路 19
3.4 MAX232通信电路 20
3.5 键盘和时钟、复位电路 21
3.6 MOC3061控制电路 22
4 系统的软件结构 22
4.1 概述 22
4.1.1 软件功能分析 22
4.1.2 系统时钟周期的设定 23
4.2 主程序 24
4.3 T0中断服务程序 24
4.4 程序 25
4.4.1 给定值的计算程序 25
4.4.2 采样子程序 25
4.4.3 数字滤波子程序 25
4.4.4 PID算法程序 27
4.4.5 温度标度转换 28
4.4.6 LED显示子程序 28
5 调试与分析 33
5.1 硬件调试 33
5.1.1 路板的制作与检查 33
5.1.2 电路模块测试 33
5.2 软件调试 34
5.2.1 软件调试的思路和使用工具 34
5.2.2 软件调试分析 34
6 结论 35
致谢 37
参考文献 38
英文摘要 39
附录一 系统总电路图 40
附录二 系统源程序 40

1 前言
温度是工业对象中主要的被控参数之一。特别是在冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各类工业中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉和锅炉中的温度进行检测和控制。由于工艺不同，所需要的温度高低不同，因而所采用的测温元件和测温方法也不同，加热方式和燃料的异同也影响控制温度的精度和控制方案也不同。例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等；控制方案有直接数字控制（DDC），推断控制，预测控制，模糊控制（Fuzzy），专家控制(Expert Control)，鲁棒控制（Robust Control），推理控制等。
自单片机出现至今，单片机技术已走过了近20年的发展路程。纵观20年来单片机发展历程可以看出，单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，在其广泛的应用领域里，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。当今，单片机的技术已经非常成熟了，单片机的应用遍及各个领域。在人们的生产和生活中起到了举足轻重的作用。单片机具有集成度高、功能强、存储量大、速度快、抗干扰性强和指令丰富等优点。
根据工业实际的高温温度控制需求，本文设计一个基于单片机的温度控制系统。这个系统的要求是精度要高、测控速度要快、测控温度范围要广、应用性比较强。以电加热炉为控制对象的这个自适应温度控制系统，目标性能希望能够达到：温度控制范围为100～1000℃以上，控制精度为高于±1℃。