c语言程序设计电加热炉,基于80C52单片机的电加热数字恒温控制系统设计

1 控制方案设计

温度场是一个梯度场，温度的上升或下降随时间缓慢变化。电加热炉温度控制过程可以用自然降温、程序升温和恒温保持3个分过程来描述。自然降温：停止加热，环境温度在整个过程中保持不变，受控温度场最终稳定为环境温度。程序升温过程：给定电压值为一变化值，由程序控制逐渐变化，最终使炉温的稳定在给定值上。恒温保持：给定炉温为一定值，使炉温稳定在给定值上，这时受控场温度恰好抵消散热因素的影响而能够维持在所设定的温度。实验和经验表明，电加热炉对象可近似为一个纯滞后环节和一个惯性环节组成，其传递函数为：

图1 炉温度控制系统结构

系统采用温度传感器对炉膛内的实时温度进行检测、转换、采样，所得的检测信 经A/D转换器转换成数字信 进入单片机，并与单片机内预先设定的温度给定值加于比较得出偏差，偏差送入控制器，单片机执行偏差的PID数字运算得到可控硅的触发脉冲，并由这个触发脉冲调节可控硅的导通时间，从而调节电炉丝与风扇的两端电压形成控制作用，使炉温保持恒定。

2 软、硬件设计

2.1 硬件系统设计

控制器的核心是80C52单片机，其硬件框图如图2所示。系统采用AD590温度传感器电路把温度转换成0~5V的电压信 ，再由转换器A/D 8080转换成数字信 送入单片机80C52.单片机根据系统的给定温度和实际测量值比较得出偏差，再利用PID算法求出控制量U(kT)。通过U(kT)来决定输出触发脉冲的宽度。从而控制可控硅的导通时间，最终达到控制温度的目的。

图3 程序流程图

2.2.2 温度控制算法设计

PID控制器具有结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便等优点，是控制理论中技术最成熟、应用最广泛应的一种控制技术。所谓的PID控制，就是按偏差的比例、积分、微分进行控制。想模拟PID调节器的控制规律为：

PID控制的形式多种多样，常用的通常有位置式和增量算式。根据对象的特点，该系统采用PID增量式控制算法。所谓的PID的增量算式，就是根据式(3)计算出u(kT-T)，通过计算△u(kT)=u(kT)-u(kT-T)得到PID增量算△u(kT)，即第k次采样输出算式为：

图4 增量式PID程序流程图

3 实验结果与系统仿真

该系统炉温在一定范围内根据实际控制对象可以人工设定，图5为电加热炉温度设定值在50、100、150和300℃时的升温曲线图。从图中可以看出，炉温获得了良好的控制，各项指都达了电加热炉加热对象要求起跳快、调量小、控制平稳的技术指标。

图5 电加热炉温度设定值在50、100、150和300℃时的升温曲线图

4 结束语

该系统经验证能充分实现温度的实时控制与显示、设定显示，达到智能数字控制仪表的要求。试验表明，该系统具有良好的升温、降温特性，静态、动态指标均达到了控制要求，系统精度高，自适应能力强，可靠性高，抗干扰性强，控制界好等特点。系统的超调量小于4%，调节时间在温30~100范围内均6 min小于，炉温达刭了很好在控制效果。改小温度设定值，该系统可应用于孵蛋、细菌培育等场合恒温控制。该控制器的设计方法在热处理、化工、机械加工、金属冶炼等行业炉温控制器设计中具有一定的借鉴意义和推广价值。

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