基于AT89C51單片機(jī)的溫度自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)

基于AT89C51單片機(jī)的溫度自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)一、設(shè)計(jì)題目基于AT89C51單片機(jī)的溫度自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)二、設(shè)計(jì)目的 (1)通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能進(jìn)行分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 （2）培養(yǎng)學(xué)生利用單片機(jī)進(jìn)行使用系統(tǒng)開發(fā)的能力，掌握單片機(jī)使用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法和步驟，達(dá)到能夠進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的。（3）掌握溫度信號(hào)的輸入通道。三、畢業(yè)設(shè)計(jì)的技術(shù)數(shù)據(jù)：化學(xué)合成對(duì)溫度檢測(cè)和控制要求較高，是化工合成工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 化工合成裝置的溫度進(jìn)行檢測(cè)，并按工藝要求，控制最高加熱溫度，在升溫階段，控制合成溫度采用恒值控制：前期為370，中溫期為380，后期為390；控制精度為3；最高溫度連續(xù)三次達(dá)到400時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。顯示檢測(cè)溫度值；每半小時(shí)打印一次最高溫度值及檢測(cè)時(shí)間；留有擴(kuò)充余地，以實(shí)現(xiàn)多回路控制。 溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)四、畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)1、熟悉題目要求，查閱相關(guān)科技文獻(xiàn)2、方案設(shè)計(jì)（包括方案論證和確定、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析等內(nèi)容）3、硬件和軟件設(shè)計(jì)（其中還包括理論分析、設(shè)計(jì)計(jì)算、實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理、設(shè)備及元器件選擇等）4、撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書，繪制圖紙5、指定內(nèi)容的外文資料翻譯6、其它五、畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容1、溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2、溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。3、繪制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)原理圖，軟件流程圖。4、按期完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書的撰寫。5、充分準(zhǔn)備，順利完成答辯。六、畢業(yè)設(shè)計(jì)提交的成果1、設(shè)計(jì)說(shuō)明書（約1萬(wàn)字左右）2、圖紙（選2#圖紙，不少于兩張）3、中、英文摘要（中文摘要約200字，35個(gè)關(guān)鍵詞）七、畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要參考文獻(xiàn)和技術(shù)資料八、畢業(yè)設(shè)計(jì)各階段安排摘要：以AT89C51單片機(jī)為核心部件，設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的化工合成工藝溫度檢測(cè)和控制系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和溫度檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)。編寫控制系統(tǒng)主程序流程圖、A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖。以AT89C51單片機(jī)為核心的溫度測(cè)量溫度檢測(cè)和控制、簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)常規(guī)儀表的電子線路，增加了功能，提高了溫度檢測(cè)準(zhǔn)確性和控制可靠性。關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī)；溫度檢測(cè)；硬件結(jié)構(gòu)；A/D轉(zhuǎn)換圖1 溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)圖2 信號(hào)檢測(cè)放大及A/D轉(zhuǎn)換電路圖3 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)框圖圖4 三相步進(jìn)電機(jī)工作原理框圖圖5 步進(jìn)電機(jī)、打印驅(qū)動(dòng)電路圖圖6 主程序流程圖電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步的子程序流程圖步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序流程圖A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖課題來(lái)源：化工合成對(duì)溫度檢測(cè)和控制要求較高，是化工合成工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)化工合成裝置的溫度進(jìn)行檢測(cè)，并按工藝要求，控制最高加熱溫度；在升溫階段，控制合成溫度以每小時(shí)的速率上升；加入觸媒以后的溫度采用恒值控制：前期為，中期為，后期為；控制精度為最高溫度連續(xù)三次達(dá)到時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。顯示檢測(cè)溫度值；每半小時(shí)打印一次最高溫度值及檢測(cè)時(shí)間；留有擴(kuò)充余地，以實(shí)現(xiàn)多回路控制。論文內(nèi)容溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)的硬件電路由溫度檢測(cè)、信號(hào)放大、轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、功率放大及執(zhí)行電路、打印、顯示及報(bào)警電路等部分組成。選用單片機(jī)作為主控機(jī)，采用帶有死區(qū)的控制算法，當(dāng)溫度在給定的死區(qū)范圍內(nèi)時(shí)，不予調(diào)節(jié)；超出給定范圍時(shí)，由單片機(jī)按照運(yùn)算結(jié)果，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，調(diào)節(jié)加熱裝置，以控制合成溫度。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖所示。溫度信號(hào)輸入通道 溫度信號(hào)輸入通道由溫度傳感器、信號(hào)放大、轉(zhuǎn)換等電路組成。 ）溫度傳感器：溫度傳感器采用鉑電阻。這類材料具有性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)和測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)。測(cè)溫元件和電阻元件組成橋式電路，將由于溫度變化所引起的鉑電阻的阻值變化轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)送入放大器。由于鉑電阻安裝在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)長(zhǎng)線接入控制臺(tái)，為了減小引線電阻的影響，采用三線式接線法。因而，外界溫度變化對(duì)連接導(dǎo)線電阻的影響在橋式電路中被相互抵消了。 ）信號(hào)放大電路：信號(hào)放大電路由單芯片集成精密放大器組成。該電路共有腳，其中和為信號(hào)差動(dòng)輸入端，、腳之間外接電阻，用于調(diào)整放大倍數(shù)，、腳為調(diào)零端，腳為數(shù)據(jù)屏蔽端，腳為測(cè)量端，腳為參考端，這兩端間的電位差即為加到后級(jí)轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)電源地（腳）相連接，為放大器的偏置電流提供通路。）轉(zhuǎn)換電路：采用組成轉(zhuǎn)換電路，是公司的產(chǎn)品。采用雙積分式工作原理，轉(zhuǎn)換速率不高，但可滿足本系統(tǒng)對(duì)采樣速率的要求。因芯片具有較強(qiáng)的抗干擾特性，對(duì)于保證系統(tǒng)的檢測(cè)和控制精度，是非常有利的。的分辨率為位；轉(zhuǎn)換速率為次秒（時(shí)鐘為）；轉(zhuǎn)換后以位二進(jìn)制碼輸出。轉(zhuǎn)換器直接和單片機(jī)口、口相連，轉(zhuǎn)換后的位數(shù)據(jù)直接由口輸入而存入片內(nèi)中。位數(shù)據(jù)需分兩次讀入，一的、分別和轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行保持輸入端（）、字節(jié)使能端（、）以及轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)輸出端（）相連接，片選端（?。┖拖噙B，在片選和字節(jié)使能信號(hào)的控制下可以直接讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)?？刂茰囟仍O(shè)定電路采用 的設(shè)置個(gè)開關(guān)分別表示降溫控制開關(guān)、設(shè)置控溫的后期、中期、前期開關(guān)。當(dāng)合上為時(shí)，表示設(shè)置控制溫度為。（觸媒使用的前期溫度）；合上時(shí)，設(shè)置控制溫度為。（觸媒使用的中期），合上時(shí)，設(shè)置控制溫度為。（觸媒使用的后期）；合上時(shí)，停止加熱，系統(tǒng)進(jìn)入降溫過(guò)程。通過(guò)軟件檢測(cè)的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)某開關(guān)合上，則設(shè)置對(duì)應(yīng)的控制溫度，并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的工作過(guò)程。）功率放大及執(zhí)行電路：由于步進(jìn)電機(jī)具有快速啟停、精確步進(jìn)以及直接接受數(shù)字量的特點(diǎn)等，本系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件?？刂葡到y(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，其作用是將計(jì)算機(jī)送出的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的機(jī)械位移，它具有以下主要特點(diǎn)：（）步距值不受各種干擾因素的影響，轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的速度主要取決于電脈沖信號(hào)的頻率，而轉(zhuǎn)子的總位移量取決于總脈沖的個(gè)數(shù)；（）誤差不會(huì)長(zhǎng)期積累，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈積累誤差為零；（）反應(yīng)性能好。啟動(dòng)、停車、反轉(zhuǎn)及其他任何運(yùn)動(dòng)方式的改變都在少數(shù)脈沖內(nèi)完成。在一定的頻率范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，任何運(yùn)行方式都不會(huì)丟失一步。）執(zhí)行控制系統(tǒng)的組成：如圖所示。步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)主要由步進(jìn)電機(jī)控制器、功率放大器及步進(jìn)電機(jī)組成。步進(jìn)控制器包括環(huán)形脈沖分配器、控制邏輯及正反轉(zhuǎn)控制門組成，其作用是把輸入脈沖信號(hào)按一定順序進(jìn)行分配，再通過(guò)功率放大送入步進(jìn)電機(jī)繞組，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。）步進(jìn)電機(jī)的工作原理及分配方式：進(jìn)電機(jī)的種類較多，如單相、雙相、三相、四相、五相及六相等多種類型。本設(shè)計(jì)采用三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。該電機(jī)的步距角為。，最大靜力距為，最高空載啟動(dòng)頻率為步秒。三相步進(jìn)電機(jī)有、三個(gè)繞組，按一定規(guī)律循環(huán)給三個(gè)繞組供電，就能使它按要求的規(guī)律運(yùn)轉(zhuǎn)，其工作原理如圖所示。圖中的脈沖發(fā)生器按要求產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號(hào)，通過(guò)脈沖分配器產(chǎn)生一定規(guī)律的電脈沖輸出給驅(qū)動(dòng)器，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。此部分可由計(jì)算機(jī)或單片機(jī)作為主控機(jī)。而脈沖分配器可以使用編程接口。步進(jìn)電機(jī)脈沖分配方式及通電順序如下：脈沖分配器每給出一組脈沖，步進(jìn)電機(jī)走一步，轉(zhuǎn)一個(gè)角度。單片機(jī)通過(guò)程序隨時(shí)改變脈沖分配方式和輸出脈沖的頻率，因此能靈活、方便地控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向。步進(jìn)電機(jī)的控制部分由單片機(jī)和并行接口完成，的口分別作步進(jìn)電機(jī)的三相控制端口。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路部分采用光電耦合將單片機(jī)系統(tǒng)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路隔離，以增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾能力，并能防止當(dāng)三極管損壞時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的高壓對(duì)單片機(jī)的安全造成的威脅。可根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的電流選用合適的大功率的三極管，以完成功率放大及電機(jī)驅(qū)動(dòng)任務(wù)。二極管為保護(hù)元件，為斷流時(shí)的電機(jī)繞組提供低阻搞續(xù)流回路，把集電極電位鉗制在電源電壓，防止過(guò)高的反向電壓擊穿三極管。為了及時(shí)記錄合成裝置的溫度和檢測(cè)時(shí)間，選用微型打印機(jī)-作為記錄打印裝置。選用 AT89C51內(nèi)部定時(shí)器，每隔半小時(shí)啟動(dòng)-打印一次，打印機(jī)通過(guò)和單片機(jī)相連。為了能隨機(jī)顯示檢測(cè)的溫長(zhǎng)值，選用一片作為數(shù)碼管的接口。步進(jìn)電機(jī)、打印驅(qū)動(dòng)電路如圖。溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).系統(tǒng)軟件功能）檢測(cè)開關(guān)、的狀態(tài)，設(shè)定溫度控制值，并將控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)入相應(yīng)的加熱或降溫階段；）啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，連續(xù)讀取次轉(zhuǎn)換結(jié)果，經(jīng)濾波和非線性校正處理之后，作為一次溫度檢測(cè)信號(hào)，并顯示檢測(cè)的溫度值；）進(jìn)行運(yùn)算，按照運(yùn)算結(jié)果，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)以調(diào)節(jié)溫度；）每隔半小時(shí)，由定時(shí)器產(chǎn)生中斷申請(qǐng)，在中斷服務(wù)程序中啟動(dòng)打印機(jī)，打印記錄溫度值及檢測(cè)時(shí)； ）若發(fā)現(xiàn)溫度超限時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。溫度檢測(cè)和控制主程序 主程序功能：完成系統(tǒng)初始化操作；判斷溫度是否超限，如果超限則轉(zhuǎn)報(bào)警處理，如果未超限則讀入、狀態(tài)，并根據(jù)其輸入狀態(tài)，散轉(zhuǎn)執(zhí)行相應(yīng)的功能子程序。主程序流程圖如圖所示。主要的子程序流程圖）運(yùn)算子程序：取出溫度給定值和測(cè)量值，計(jì)算出偏差信號(hào)e(k)，將e(k)和設(shè)定的死區(qū)值比較，如果e(k)未超出死區(qū)范圍，則本次輸出調(diào)節(jié)量為，返回檢測(cè)程序；如果e(k)超出死區(qū)范圍，則計(jì)算出p(k)=Pp(k)+ PI(k)+ PD(k)的調(diào)節(jié)輸出值。 ）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序：本系統(tǒng)選用三相步進(jìn)電機(jī)，采用三相六拍工作方式，各繞組供電的步進(jìn)信號(hào)由的口控制，其轉(zhuǎn)動(dòng)方向及通電順序字見表。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和工作時(shí)繞組通電順序變化規(guī)律，可以在的中設(shè)置步進(jìn)電機(jī)的控制字表，如表所示，表頭地址為0，表尾地址為。顯然，驅(qū)動(dòng)信號(hào)從開始控制通電順序，電機(jī)為正轉(zhuǎn)；若從開始控制通電順序，則電機(jī)為反轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)的周期決定。脈沖信號(hào)的周期由通過(guò)延時(shí)程序或定時(shí)器計(jì)數(shù)器的定時(shí)時(shí)間來(lái)確定。系統(tǒng)中的三相繞組由的口控制是，程序中的延時(shí)時(shí)間為電機(jī)的轉(zhuǎn)速為：（）轉(zhuǎn)分式中電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一周應(yīng)輸出的控制字節(jié)數(shù)。采用三相六拍工作時(shí)，步距角為.。，則有：/，即轉(zhuǎn)一周要輸出個(gè)字節(jié)控制字。設(shè)旋轉(zhuǎn)角度和輸出控制字節(jié)數(shù)的關(guān)系為，只要把保存在字節(jié)計(jì)數(shù)器里，每輸出一個(gè)字節(jié)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步，同時(shí)將字節(jié)計(jì)數(shù)器減，當(dāng)字節(jié)計(jì)數(shù)器為時(shí)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)了步，對(duì)應(yīng)的角度為。 圖所示為驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步的子程序流程圖。入口條件中已存放步進(jìn)電機(jī)的控制字表的地址，設(shè)正轉(zhuǎn)時(shí)置為，為；反轉(zhuǎn)時(shí)置為，為。調(diào)用本程序前應(yīng)已對(duì) 進(jìn)行了初始化，每輸出一個(gè)字節(jié)后延時(shí)。設(shè)置、是為了保證步進(jìn)電機(jī)按兩種不同順序改變控制字表的地址指針，以完成正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)操作。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序流程圖如圖所示。調(diào)用該程序前應(yīng)將步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)和方向標(biāo)志存放在寄存器中，符號(hào)為表示反轉(zhuǎn)，為表示正轉(zhuǎn)，其絕對(duì)值代表轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)。）轉(zhuǎn)換子程序。該子程序由單片機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，根據(jù)的的狀態(tài)判斷轉(zhuǎn)換是否完成，若轉(zhuǎn)換完成，將芯片置為保持狀態(tài)（信息有效）。然后，分兩次由0口讀入轉(zhuǎn)換后的位數(shù)據(jù)存入單片機(jī)內(nèi)部指示