2014课程设计—电阻炉炉温控制系统.doc

2014电阻炉炉温控制系统设计 课程设计要求 课题内容 应用计算机的实时监控和温度测量技术，采用单片机、温度检测电路、温度控制电路等，采用比例环反馈、数字PID闭环调节两种方式实现电阻炉炉温的实时监控。 要求及技术指标 用单片机及相应的组成部件组成电阻炉温的自动控制系统，要求测温范围0～100℃，使其控制系统控制的温度保温值的变化范围为30～60℃。 要求： （1）完成电阻炉温度控制系统设计，包括硬件电路设计和软件程序设计； （2）采用LED实时显示控温时的实际炉温和设定炉温，如将炉温加热并控制在60℃；当炉温工作至设定温度时，蜂鸣器每2秒报警一次，绿色LED灯常亮。当炉温超过设定温度5℃，过温保护电路动作，蜂鸣器常鸣，红色LED常亮。 （3）对其主电路和控制电路设计相应的保护电路，使其安全可靠地工作。 （4）具有防干烧功能。 （5）具有定时功能，设定一段时间自动加温，如1分钟。 元器件清单 元件名称 数量 电热杯 1个 SL－1型51单片机综合实验箱 1个 DS18B20温度传感器 1片 STC89C52单片机 1片 S8550三极管放大器 2片 USB下载线 1条 单线固态继电器 1个 二极管 1个 导线 若干 另有剪刀、镊子等工具 表1.1　元器件清单 电路设计 STC89C52作为系统的主控芯片，负责加热炉的温度检测与控制。其主要任务是： 1、读取DS18B20的温度数据； 2、控制继电器通断，保证温度达到设定值并保温； 3、读取键盘设置的温度值； 4、在LED上显示设置的温度、当前温度以及恒温时间； 5、当温度到达警戒值的时候控制蜂鸣器报警。 图2.1 总体结构图 由于加热炉仅能通过通断电路控制，不具备良好的可控性，且加热所需的速度和精度要求并不高，这里无需使用PID算法这样的高速跟踪算法，只要使用二次线性化的方法控制，就可以很好地实现炉子的加热和恒温控制了。 硬件电路设计 SL-I型51单片机综合实验箱 单片机最小系统 STC89C52系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。 图3.1 单片机最小系统 数码管显示模块 数码管的显示原理不论是共阴还是共阳，其基本原理是一样的，都是靠点亮内部的LED来发光。一位数码管的引脚是十个，显示一个8字需要7个小段，另外还有一个小数点。 图4.2 数码管内部原理图 实验时为了保证编程的方便，通常将数码管的数字所对应的八位数字记录在数组中，程序中直接使用查表的方法，可以提高程序的效率，也使程序的编写更加简单方便。 符号 编码 符号 编码 0 0xC0 8 0x80 1 0xF9 9 0x90 2 0xA4 A 0x88 3 0xB0 B 0xC7 4 0x99 C 0xC6 5 0x92 D 0xA1 6 0x82 E 0x86 7 0xF8 F 0x8E 我们实验箱中的LED数码管是四位数码管，因此为了控制方便，四个数码管的“段选端”是连在一起的，他们的GND或VCC端作为“位选端”来输入控制信号，这样单片机就可以通过程序来控制显示的字符。 下图是实验箱开发板中的数码管电路图： STC89C52的Px1口作为段选（任意口） Px2口作为位选（任意口） 图4.3 实验箱数码管电路 按键模块 弹性按键被按下时闭合，松手后自动断开。单片机检测按键的原理是：单片机的I/O口既可以作为输出也可作为输入使用，当检测按键时使用的是它的输入功能，把按键的一端接地，另一端与单片机的某一个I/O口相连，开始时先给I/O口赋一高电平，然后让单片机不断地检测该I/O口是否变成低电平，当按键闭合时，即相当于该I/O口通过按键与地相连，变成低电平，程序一旦检测到I/O口变为低电平则说明按键被按下，然后执行相应的指令。 图4.5 按键检测流程图 无论独立键盘还是矩阵键盘，单片机检测其是否被按下的依据都是一样的，也就是检测该键对应的I/O口是否为低电平。独立键盘有一端固定为低电平，单片机写程序检测时比较方便。而矩阵键盘两端都与单片机I/O口连接，因此在检测时需人为通过单片机I/O口送出低电平。检测时，先送一列为低电平，其余几列为高电平，然后立即轮流检测一次各行是否有低电平，若检测到某一行为低电平，就可以确定当前被按下的按键是哪一行哪一列的，用同样的方法轮流各列送一次低电平，再轮流检测一次各行是否变为低电平，这样即可检测完所有的按键。 图4.6 矩阵键盘按键电路图 4