基于单片机控制的微波加热系统

论文摘要

微波技术是上世纪20年代初发展起来的一门新技术,最开始微波是用于通讯方面,后来微波加热技术在工业中得到越来越多的应用。目前,我国已在皮革、木材、彩色印刷、食品、冶金、纸张、化工、陶瓷、药品、烟叶、以及医疗等行业逐渐采用微波技术,并取得了良好的经济效益。由于微波具有内部加热,即微波对物质的加热是从物质分子出发的,可以克服物料中的“冷中心”,所以具有加热快,温度场分布均匀,节能等特点,相比一般的传统加热方式,效率也更高。由于对微波加热过程中温度的测量与控制的效果直接影响工业生产的效率,因此,设计出一套控制方便,精确,稳定的微波加热控制系统具有很高的应用价值。本文用AT89C52单片机为控制核心,通过控制磁控管的电压来控制其功率达到控制工业微波炉的炉温的目的。PID算法是在工业生产过程中最常用的控制算法,在工业生产过程中,PID控制占85%～90%,随着科学技术的发展,特别是计算机技术的发展,许多先进的PID控制涌现出来,并得到了广泛的应用[1]。因此本文采用了PID控制算法,设计出一套闭环的温度控制系统。本论文研究主频在2450MHZ微波加热控制系统。主要内容如下：1.讲述微波加热的发展史,微波加热的基本概念和原理及其特点。介绍微波加热设备的结构,以及各个组成部分的工作原理。2.微波加热过程中,温度的采集,温度的显示和控制以及目标温度的设定。通过热电偶对温度进行采集,经数字转换器MAX6675将热电偶输出的毫伏模拟信号直接转换成数字信号传送给AT89C52单片机。3.AT89C52单片机对采集来的数据进行PID算法得到控制量。单片机通过脉冲调制技术和过零触发晶闸管调功技术,控制微波加热炉的温度。试验证明得到了比较满意的结果。4.通过实验得出系统的阶跃响应曲线,利用Cohn-Coon公式来确定传递函数,结合系统模型,通过Simulink工具对控制效果进行仿真和分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 微波加热技术的国内外研究动态及现状
• 1.3 温度控制研究的现状
• 1.4 本论文研究的主要内容
• 第二章 微波加热慨叙
• 2.1 微波的概念和特征
• 2.1.1 微波的基本概念
• 2.1.2 微波加热的基本原理
• 2.2 微波加热的特征
• 第三章 微波加热系统
• 3.1 微波加热设备的结构
• 3.2 微波发生器
• 3.2.1 磁控管的基本构造
• 3.2.2 磁控管的功率控制方案
• 3.3 波导
• 3.4 微波应用器
• 第四章 系统硬件设计
• 4.1 微波加热控制系统总体设计
• 4.2 单片机的选择
• 4.2.1 AT89C52单片机的简介
• 4.3 温度采集器件
• 4.3.1 热电偶工作原理
• 4.3.2 热电偶保护
• 4.4 温度转换电路
• 4.4.1 MAX6675的工作原理
• 4.4.2 MAX6675与AT89C52的接口
• 4.5 时钟电路
• 4.5.1 DS1302的引脚功能
• 4.5.2 DS1302的寄存器
• 4.5.3 DS1302读写操作
• 4.5.4 DS1302与AT89C52的电路连接图
• 4.6 液晶显示电路
• 4.7 温度报警电路
• 4.8 键盘电路
• 4.9 温度控制电路
• 4.9.1 双向晶闸管驱动器MOC3061
• 4.9.2 温控电路
• 4.9.3 过零调功原理
• 第五章 系统总体软件设计
• 5.1 总体流程图
• 5.2 温度检测程序
• 5.3 液晶显示程序
• 5.3.1 状态字说明
• 5.3.2 指令说明
• 5.3.3 并行写操作时序
• 5.3.4 主要代码
• 5.4 计时程序设计
• 5.5 按键输入处理程序
• 5.6 控制量输出程序
• 第六章 PID控制算法研究
• 6.1 PID控制的基本原理
• 6.1.1 模拟PID控制原理
• 6.1.2 数字PID控制原理
• 6.1.3 改进的PID控制算法
• 6.2 PID参数的工程整定
• 6.2.1 采样周期的选择
• 6.2.2 现场凑试法
• 6.2.3 动态特性参数法
• 6.2.4 临界比例度法
• 6.2.5 衰减曲线法
• 6.3 系统建模和Simulink仿真
• 第七章 总结与展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 论文展望
• 参考文献
• 读研期间发表的论文
• 致谢
• 系统整体图