电阻炉是利用电流热效应产生的热量工件或物料进行加热的器件，它已经广泛应用于家庭、医药、化工和冶金等领域，其设计的关键是对电阻炉进行温度控制。该文以单片机AT89C51为核心，通过温度传感器测量温度，设置按键调节电阻炉的恒温值和温度参数，并用LCD液晶显示温度值；同时，采用PID闭环控制算法对设定的温度值以及实际的温度进行处理，运用PWM脉冲调制技术控制继电器，并调节电阻炉的发热功率，从而实现对电阻炉温度的最优控制。
在高度自动化的时代，自动调节温度系统得到了广泛的应用。电阻炉可以适用于家电、食品、汽车、材料以及电力电子等行业。随着现代科技的发展，温度测量控制技术的重要性也更加明显。在使用电阻炉生产产品的过程中，准确地测量和控制温度能够提高生产效率、节约资源，并且极大地影响了产品的质量。因此，精度、稳定且可靠地控制电阻炉的温度是非常有必要的。以前人们只能够应用模拟调节器去控制温度，但是用该方法控制温度会出现延时大、系统震荡的问题。现如今，利用单片机可以很方便地解决该问题，同时单片机还具有智能化和自动化程度高、编程灵活以及扩展性好等优点。
因此，该文设计了1个自动化温度控制设备，它是以单片机AT89C51为中心，通过传感器来检测温度。利用PID控制、PWM脉冲调制反馈系统，自动实现高精度、及时的温度控制。同时，设计的温度报警电路能够及时监测工厂电阻炉的运行状况，最大限度地消除安全隐患。
1 硬件设计
1.1 系统硬件设计方案
该设计的核心处理器为AT89C51，其他组成部分有温度传感器模块、温度控制模块、数据处理模块、温度显示模块以及键盘调节模块。该设计的核心部件为中央处理器，主要负责处理数据、控制温度控制模块、控制显示模块和控制报警模块等。中央处理器有很多选择，经过比较，该文的设计方案采用AT89C51单片机作为中央处理器。
1.2 单片复位电路与机时钟电路的设计
1.2.1 复位电路设计
当系统出现故障处于死锁状态时，可以按下按键，从而重新启动电路。
1.2.2 时钟电路设计
时钟电路晶振频率的大小会直接影响单片机的运行速度和质量。该设计采用内部震荡的方式，选择微调电容为100 p F、频率为12 MHz的晶振，使电路简单且符合实际要求。
1.3 温度采样电路的设计与选择
温度采样电路的设计与选择有以下2种方法：1）选择温度传感器DS18B20，它能够把模拟信号转换为数字信号，不占空间且测量的准确性较高，能够适用于多种场合，使用起来非常方便[1]。2）由于该系统设置的特殊性，还可以通过对加热器输出的温度模拟信号进行模数转换，从而获得数字的温度信息。该文选择了第二种方法，采用数模转换器MCP3204,MCP3204的功耗非常低、工作方式灵活且性价比高[2]。
1.4 人机交互电路
随着科技的发展，在高度自动化的时代，人机交互在生活中随处可见。外设是构成人机交互系统配置的主要部分。它的实现方法有以下2种：1）通过单片机的I/O端口驱动芯片来实现，单片机没有液晶显示LCD的驱动功能。2）单片机本身具有驱动的功能，能够直接控制键盘和LCD，还可以实现人机对话[3]。
1.4.1 按键接口电路设计
温度的设定值以及控制参数的数值都是由按键来调节的，按键是现阶段电子设计中最常用、最实用的输入设备。单片机通过读取I/O口的状态来判断按键是否按下，一般来说有扫描法、线翻转法、中断法等。键盘可以实现人机对话，还可以通过输入命令实现输入数据的功能。在该设计中，采用独立式键盘结构，设计了4个按键：1）第一个按键，设定的温度值加1。2）第二个按键，设定的温度值减。3）第三个按键，设定的控制参数P加1。4）第四个按键，设定的控制参数P减1。
1.4.2 显示电路设计
显示电路选用LCD1602，但是在Proteus仿真中没有LCD1602，只能找对应的LM016L，实际上LM016L与LCD1602的原理是相同的，并且利用上拉电阻使P0口的电压增大，从而驱动LCD。
1.4.3 报警电路的设计
因为电阻炉的温度是决定电子元件制成品质的重要因素，温度不合适就会影响元件的品质；所以设置报警电路，当|T实际值-T设定值|≥3℃时（为电阻炉当前的温度；为预设的电阻炉的温度），报警电路开始工作，蜂鸣器开始鸣响，警示灯开始闪烁。
1.4.4 控制电路的设计
该设计对电阻炉的温度控制实际上是对电阻炉输入功率大小的调控；因此采用光耦隔离器，光耦隔离相当于把2个电路分开，利用光耦隔离器发光的一端来控制另一端电流的大小。
1.4.5 光耦隔离器非线性消除问题
该设计利用2个光耦隔离器去消除它原本的非线性。用α1(I1）和α2(I1）分别表示2个光耦隔离器的非线性传输特性，I1是流过光电耦合器中二极管的电流。如果它们是由同一个厂家生产的，那么就可以认为它们的非线性传输特性完全相同，即：α1(I1）=α2(I1）。
则放大器的电压增益G，如公式（1）所示。
式中：U0为输出电压；Ui为输入电压；I2和I3分别为流过2个光耦隔离器中三极管集电极的电流；R2和R3为接在2个三极管发射极的电阻。
综上所述，可以利用电流传输特性的对称性和反馈原理消除光电耦合器的非线性[4]。
