第1章绪论

1.1研究背景

  电阻炉是一种把电能转化成为热能的设备，在给此设备上电后，电加热元件发热，产生利热效应的工业电炉。自从上世纪20年代以来，工业生产中一直在使用着电阻炉。随着时代和科学水平的发展，电阻炉也不断在更新换 代，所以它在工业实际生产中得以大量的应用。它不但在钢铁、化工、煤矿、冶金、国防等领域中应用，还在科学 教育实验中案列得到广泛应用。原来老旧的控制系统的简单的测量和控制电路不但功能不全，结构也相对复杂多 变。伴随着微机技术的进步，兴起了以微机技术为核心的微电路控制系统成为时代的新的潮流。微机的控制方式解 决以前很多无法解决的问题，还把原简易的电路性能全面化，控制精准度高度化，各个功能可靠化，完善了控制系 统自动化，使之向智能型发展，减少人员巡回，节约成本，提高了经济效益。

1.2研究意义

  炉温控制方法的不断探究和升级以及其在实际工程中的应用，不仅仅是热处理工业炉膛制造厂商的目标和目 的，也是对我国促进生产、加工、制作甚至物理工业的发展进步具有极其伟大意义。

1.2.1推动多功能炉控技术的发展

  电阻炉是我国金属热处理行业应用最广泛的工业炉。炉温是与工件热处理过程密切相关的控制参数。因此，多 功能加热炉炉温控制系统的控制精度、效率和稳定性非常重要。

1.2.2节能

  电阻炉是消耗电能源大户。伴随着新时代的到来，我国各类实体经济快速发展，促进了建筑、冶金、金属深加 工行业得到了极大进步。伴随相关工业的企业的规模扩大，大量电阻炉的使用、大耗能也给国家资源造成了巨大的 浪费。

1.2.3提高企业竞争力

  市场上电阻炉品种繁多，竞争极其激烈，急需一种产品质量高，企业生产升本低，客户使用性价比高且节能的 设备。因此，我们研究节能型电阻炉，优化其控制系统，改良热处理工艺来实现和提高企业的竞争力，对提升企业生存能力具有重要意义。

第2章硬件系统总体设计方案

2.1温度测量原理

  电阻炉温度控制原理由三部分组成，第一部分是冷端湿度检测，第二部分是电阻炉端

温度检测，第三部分是单片机。冷端温度检测值来源于AD590芯片，然而电阻炉端温度检测值来源于热电偶。他们的 检测信号最终达到单片机内部进行处理，由单片机来得出最终实际温度和实际温度测量值。

2.2单片机选型及其外围电路

 ATmega128单片机，它是由产自ATMEL 公司。我们可以从它的所列出的管脚结构图中了解到它的作用主要是接受来自外部热电偶采集的温度数值，并根据 设定的参数值进行操作处理，最后根据最终的操作结果输出电阻炉解热命令，给电阻炉加热。在此过程还要兼顾数 码管温度显示的控制及关键检测的输入，还能处理大量的数据计算，是设计的核心器件。ATmega128单片机芯片有很多优点，例如损耗低，无噪音，全静态运行，还同时支持6种节能睡眠模式。当设备 需要长时间运行时，可以设置为在空闲模式下工作。当作为一个供电电源时，可更改为待机模式或者节能模式，用 来延长它的工作时间。它还包括微芯片断电模式和延长待机模式。 ATmega128还拥有丰富的硬件资源和多通道PWM能力，ATmega12的有2种分辨率通道，分别是分辨率8位和分辨率2 到16位，输入通道有8个，具备10位的ADC功能，2个串行USART接口，53条I/O端口线和32x8通用工作寄存器+外围控制寄存器。与普通的SCM复位过程不同，AVR通常将复位电路集成到MCCM中，通过设置保险丝的位置来控制复位时间。 ATmega128MCU的复位电路设计ATmega128的第20管脚(RESET)连接电阻R1（阻值10k欧姆）、二极管D1 (IN4148)阳极、电容C4（容值0.1uF）和复位按钮的一端，电阻R1（阻值10k欧姆）、二极管D1(IN4148)阴极连接极 VCC，复位按钮另一端和电容（容值0.1uF）另一端接地（0V）。此回路中C4（容值0.1uF）电容通过滤除掉VCC产生的谐波和其他杂波同时还具备充放电作用，使复位按钮保持每次都起到复位作用。电阻R1作用分压，使复位按钮处 电压保持在+0.5V左右。在此电路中，我们设置的3个按键来输入参数，分别是温度确定键、方向键、数值确定键。 在实际生产中炉膛的温度在外部要有一个实时的显示，在本次设计中，我们采用的显示设备为数码管显示。在实际工业生产中可以根据使用所处的环境不同选取不同显示设施，例如还可以采用液晶屏显示，指针表显示等。

2.3温度控制电路

  温度控制电路是由温度传感器和数模转换电路组成，主要的任务是将检测到的电阻炉炉膛中的温度经过一系列 的转换和变化最后传递给大脑即单片机，单片在经过整理、比较、计算。它是控制系统信息输入端，是一切控制命 令的前提，检测准确的温度是到达良好的控制的基础。因此温度传感器的选型变得尤为重要。要想做好这一工作从2 个方面入手，一个是温度传感器的范围，另一个是温度传感器的精度。我们要选择的传感器工作范围不小于系统要 求的温度范围，传感器的精度值不小于控制系统要求的精度值。除上述条件外我们还要考虑到控制的成本、稳定性 及选件的便利性。K型镍铬镍硅热电偶由于具有结构简单、精度高、稳定性好、测温范围大等优点我们选用了它。K 型热电偶分度电动势与温度值之间是非线 性关系。当使用K型热电偶作为测温元件时，有4个缺点需要弥补，第一需要放大它的输出信号；第二实际应用中需 要对K型热电偶的冷端重新对比校正；第三需要把输出的热电势和温度值之间形成线性关系；第四将输出信号最终转 换成数字信号，我们在电路中添加了MAX6675芯片完美，它高超的0.5℃的温度分辨率满足了我们需求，同时也满足 大部分工业的需要。

参考文献

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