方 欢，王康平，于嘉男，邢永超，厉 斌

(德州学院，山东 德州 253000)

随着我国经济的迅速发展，能源短缺已成为制约我国工业发展的重要阻碍，社会各界都对此积极关注。加热炉是工业生产过程中的常用设备，近年来由于各企业对节源效益的重视，对加热炉生产工艺也提出了更高的要求，怎样在提高产品质量与产量的同时节能降耗具有巨大的经济价值和环保意义。温度控制失误就可能引起生产安全、产品质量、产品产量等一系列问题，因此对温度检测及控制的意义就越来越大。

基于以上的背景，结合现代工业对加热炉的实际需求，来设计一个温度控制系统，实现对加热炉的温度检测与模糊控制。

1 总体控制方案

单片机的温度控制是数字控制系统的一个应用。本次控制的对象是加热炉的温度，本系统的设计结构特点为:要有大量的接口。检测，控制，驱动的功能电路，在很大程度上决定了应用系统的技术性能，如A/D 转化器的分辨率，转化速度等。

必须适应现场的环境要求:如温度，湿度和电磁干扰。其温度传感器用的是TGY－129 高温传感器，并设计抗干扰电路，以提高控制的精确度。

该温度控制系统主要包括温度测量，A/D 转化，键盘操作，温度显示电路等。系统的原理图如图1 所示，即整体设计原理为:用键盘将温度的设定值输入单片机，启动运行后，通过信号采集电路将温度信号采集到后，送到A/D 转换电路将信号转换成数字量送入单片系统进行运算，控制加热炉的加热［1］。

图1 系统原理图

2 模糊控制

模糊控制是利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法。在传统的控制领域里，控制系统动态模式的精确与否是影响控制优劣的最主要因素，系统动态的信息越详细，则越能达到精确控制的目的。然而，对于复杂的系统，由于变量太多，往往难以正确的描述系统的动态，于是工程师便利用各种方法来简化系统动态，以达成控制的目的，但却不尽理想。换言之，传统的控制理论对于明确系统有强有力的控制能力，但对于过于复杂或难以精确描述的系统，则显得无能为力了。因此便尝试着以模糊数学来处理这些控制问题。

模糊控制的基本原理是:模糊控制器输入量通过模糊化处理，经过一定语言规则进行模糊推理，推理得出的输出结果明晰化，最后得到控制变量精确输出值［2］。模糊控制基本原理如图2 所示。

图2 模糊控制基本原理图

3 软件设计

3.1 主流程图设计

图3 加热炉温度控制系统的单片机程序设计主流程图

3.2 温度检测及中断程序设计及A/D 转换程序设计

图4 温度检测及中断程序流程图 图5 A/D 转换程序流程图

4 硬件设计

温度控制系统的硬件设计主要包括复位电路，时钟电路，电源稳压电路，温度检测电路，按键，显示电路等。

4.1 复位电路

复位电路是使单片机的CPU 或系统中的其他部件处于某一确定的初始状态，并从这上状态开始工作，除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出现错误或操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆脱困境，也需按复位电路以重新启动。

复位电路包括上电复位，按键电平复位，按键脉冲复位。本设计中采用按键电平复位。按键电平复位是通过复位端经过电阻与VCC 电源接通而实现的。

4.2 时钟电路

时钟电路由一个晶体振荡器12 MHz 和两个33 pF 的瓷片电容组成。时钟电路产生单片机工作所需要的时钟信号，而时序所研究的是指令执行中各信号之间的相互关系。单片机本身就如一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格工作。

单片机芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2，在芯片外部通过两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成 反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡器。

4.3 电源稳压电路

由于AT89C51 的工作电压为+5 V，故此需用稳压电路将220 V 电压变成+5 V。该稳压电路采用LM340T 三端正压稳压器，以起到稳压作用。

78 系列三端稳压器是最长见的集成稳压器件。具有过热，过流，调整管安全工作区保护功能。性能优良，可靠性高。同时又由于器件只有三个引脚，所以使用简单方便，价格低廉，应用广泛。

4.4 按键电路

温度给定选用4 ×4 键盘，按键功能依次为:数字0～9、预置、清除、确认/复位、开关加热等。

4.5 温度检测电路［3］

温度传感器:选用TGY-129 高温传感器，可以测量的温度范围为0～1 800 ℃。

模/数转换器:选用ADC5G14433。采用集成运算放大器AD521 进行信号放大，得到0～1.8 V 模拟电压，经3 位半BCD 码输出的双积分式A/D 转换器ADC5G14433 转换为数字信号。双积分式A/D 转换器具有消除高频干扰的作用。

4.6 显示电路

八段显示器由LED 发光二极管组成。其中7 个长条形的发光管排列成“日”字形，另一个黑点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点用，它能显示各种数字及部份英文字母。

5 结束语

本设计通过单片机的控制，实现了锅炉温度控制的基本功能，利用继电器控制燃烧器的工作，并且对锅炉水位进行控制，并通过显示屏显示出水温水位的状态信息，确保了能够在正常范围下工作。

系统中以AT89C51 芯片作为控制芯片，采用一线总线的高温传感器TGY-129，用8 位数码管显示模块显示温度的状态信息，这些都使得硬件电路变得简单，性能得到提高。而且有蜂鸣器进行报警，使得本设计在应用上更加安全。

［1］潘永雄，张晓蓟.新编单片机原理与应用［M］.西安:西安电子科技大学出版社，2002.

［2］燃油燃气锅炉房设计手册编写组.燃油燃气锅炉房设计手册［M］.北京:机械工业出版社，1998.

［3］陈杰，黄鸿.传感器与检测技术［M］.北京:高等教育出版社，2002.