单片机+K型热电偶MAX6675 电热炉温度控制器设计程序仿真原理图

ID:1162724 · 发表于 2026-6-15 10:29

针对电阻加热炉温控需求，本文设计了一套以AT89C51 单片机为核心的温度闭环控制系统。系统采K型热电偶搭配MAX6675转换芯片完成高温信号采集，依托芯片内置 12 位 ADC、冷端补偿及 SPI 通信功能，实现温度信号的数字化转换与稳定传输；使用 8 位共阳数码管实时展示温度数据与系统状态，通过独立按键完成目标温度、报警阈值、PID 参数的在线整定与工作模式切换。系统以数字 PID 算法作为核心控制策略，结合软件方式生成 PWM 波形，通过调节双向晶闸管导通占空比改变加热功率，进而实现电阻加热炉的恒温控制。同时电路增设声光报警模块，具备超温、传感器故障提示功能。经整体调试，该系统结构简单、成本低廉、抗干扰能力强、操作便捷，控温效果稳定，能够满足中小型电阻加热炉的温度控制要求，具备较强的实际应用价值。

仿真原理图如下（proteus仿真工程文件可到本帖附件中下载）

电路原理图如下：

程序流程图:

单片机K型热电偶电热炉源程序如下:

#include "reg51.h"
#include "max6675.h"
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit smg1=P2^0;//数码管
sbit smg2=P2^1;
sbit smg3=P2^2;
sbit smg4=P2^3;
sbit smg5=P2^4;
sbit smg6=P2^5;
sbit smg7=P2^6;
sbit smg8=P2^7;
sbit k1=P1^0;//按钮
sbit k2=P1^1;
sbit k3=P1^2;
sbit k4=P1^3;
sbit k5=P1^4;
sbit k6=P1^5;
sbit k7=P1^6;
sbit beep=P3^7;//蜂鸣器
sbit out=P3^6;//输出控制
uchar time=0;//系统定时
uint wendu=0;//温度
uchar pwm=0;//占空比
uchar mode=0;//模式
uint set=800;//设置温度
uint limit=1000;//报警温度
uchar ii=0;
//数码管编码
uchar code smgduan[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
uchar P_dat=1,I_dat=1,D_dat=1;//PID参数
uint pid_dat[]={0,0,0,0,0}; //临时数据
//PID计算,返回占空比
uchar PID(uint mub,uint dat)//调整目标+测量数据
{
uchar i=0;
uint j=0,sum=0,k=0;
//存储数据
for(i=0;i<4;i++)
pid_dat[i]=pid_dat[i+1];
pid_dat[4]=dat;
//P调节
j=0;
if(dat<mub)
{
j=j+(mub-dat)*P_dat;
if(j>100)
j=100;
}
else
{
k=(dat-mub)*P_dat;
if(j>k)
j=j-k;
}
//I调节
sum=0;
for(i=0;i<5;i++)
sum+=pid_dat[i];
sum=sum/5;
if(sum>mub)//减小
{
k=(sum-mub)*I_dat;
if(j>k)
j=j-k;
}
else //增加
{
k=(mub-sum)*I_dat;
j+=k;
if(j>100)
j=100;
}
//D调节
if(dat>pid_dat[3])//减小
{
k=(dat-pid_dat[3])*D_dat;
if(j>k)
j=j-k;
}
else //增加
{
k=(pid_dat[3]-dat)*D_dat;
j+=k;
if(j>100)
j=100;
}
return j;
}
//延时
void delay(uint i)
{
while(i--)
{
if(ii<99)//占空比计时
ii++;
else
ii=0;
if(ii<pwm)//输出控制
out=0;
else
out=1;
}
}
//主函数
void main()
{
uchar k=0;
TMOD|=0X01;//初始化定时器
TH0=0X3C;
TL0=0XB0;
ET0=1;//打开定时器0中断允许
EA=1;//打开总中断
TR0=1;//打开定时器
while(1)
{
if(P1==0xff)
k=0;
//设置
if(!k1 &&(k!=1))//设置切换
{
k=1;
if(mode<5)
mode++;
else
mode=0;
}
//设置调整温度
if(mode==1)
{
if(!k2 &&(k!=2))//+1
{
k=2;
if(set<9999)
set++;
}
if(!k3 &&(k!=3))//-1
{
k=3;
if(set>0)
set--;
}
if(!k4 &&(k!=4))//+10
{
k=4;
if(set<9999)
set+=10;
}
if(!k5 &&(k!=5))//-10
{
k=5;
if(set>10)
set-=10;
}
if(!k6 &&(k!=6))//+100
{
k=6;
if(set<9999)
set+=100;
}
if(!k7 &&(k!=7))//-100
{
k=7;
if(set>100)
set-=100;
}
}
//设置报警温度
if(mode==2)
{
if(!k2 &&(k!=2))//+1
{
k=2;
if(limit<9999)
limit++;
}
if(!k3 &&(k!=3))//-1
{
k=3;
if(limit>0)
limit--;
}
if(!k4 &&(k!=4))//+10
{
k=4;
if(limit<9999)
limit+=10;
}
if(!k5 &&(k!=5))//-10
{
k=5;
if(limit>10)
limit-=10;
}
if(!k6 &&(k!=6))//+100
{
k=6;
if(limit<9999)
limit+=100;
}
if(!k7 &&(k!=7))//-100
{
k=7;
if(limit>100)
limit-=100;
}
}
//设置P参数
if(mode==3)
{
if(!k2 &&(k!=2))//+1
{
k=2;
if(P_dat<99)
P_dat++;
}
if(!k3 &&(k!=3))//-1
{
k=3;
if(P_dat>0)
P_dat--;
}
}
//设置I参数
if(mode==4)
{
if(!k2 &&(k!=2))//+1
{
k=2;
if(I_dat<99)
I_dat++;
}
if(!k3 &&(k!=3))//-1
{
k=3;
if(I_dat>0)
I_dat--;
}
}
//设置D参数
if(mode==5)
{
if(!k2 &&(k!=2))//+1
{
k=2;
if(D_dat<99)
D_dat++;
}
if(!k3 &&(k!=3))//-1
{
k=3;
if(D_dat>0)
D_dat--;
}
}
//报警
if(wendu>limit)
beep=0;
else
beep=1;
//显示
if(mode==0)
{
P0=smgduan[wendu/1000]; smg5=0;delay(50);smg5=1;
P0=smgduan[wendu%1000/100]; smg6=0;delay(50);smg6=1;
P0=smgduan[wendu%100/10]; smg7=0;delay(50);smg7=1;
P0=smgduan[wendu%10]; smg8=0;delay(50);smg8=1;
}
if(mode==1)
{
P0=smgduan[1]; smg1=0;delay(50);smg1=1;
P0=smgduan[set/1000]; smg5=0;delay(50);smg5=1;
P0=smgduan[set%1000/100]; smg6=0;delay(50);smg6=1;
P0=smgduan[set%100/10]; smg7=0;delay(50);smg7=1;
P0=smgduan[set%10]; smg8=0;delay(50);smg8=1;
}
if(mode==2)
{
P0=smgduan[2]; smg1=0;delay(50);smg1=1;
P0=smgduan[limit/1000]; smg5=0;delay(50);smg5=1;
P0=smgduan[limit%1000/100]; smg6=0;delay(50);smg6=1;
P0=smgduan[limit%100/10]; smg7=0;delay(50);smg7=1;
P0=smgduan[limit%10]; smg8=0;delay(50);smg8=1;
}
if(mode==3)
{
P0=smgduan[3]; smg1=0;delay(50);smg1=1;
P0=smgduan[P_dat/10]; smg7=0;delay(50);smg7=1;
P0=smgduan[P_dat%10]; smg8=0;delay(50);smg8=1;
}
if(mode==4)
{
P0=smgduan[4]; smg1=0;delay(50);smg1=1;
P0=smgduan[I_dat/10]; smg7=0;delay(50);smg7=1;
P0=smgduan[I_dat%10]; smg8=0;delay(50);smg8=1;
}
if(mode==5)
{
P0=smgduan[5]; smg1=0;delay(50);smg1=1;
P0=smgduan[D_dat/10]; smg7=0;delay(50);smg7=1;
P0=smgduan[D_dat%10]; smg8=0;delay(50);smg8=1;
}
}
}
//定时器0中断
void Timer0() interrupt 1
{
unsigned long j;
if(time<10)//0.5s
time++;
else
{
time=0;
wendu=max_read();//测温
j=wendu;
j=j*100/138;
wendu=j;
pwm=PID(set,wendu);//PID计算
}
TH0=0X3C;
TL0=0XB0;
}

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