電加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、電加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)的意義：在現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中，很多場合需要對溫度進(jìn)行智能控制，日常生活中最常見的要算空調(diào)和冰箱了，他們都能根據(jù)環(huán)境實(shí)時(shí)情況，結(jié)合人為的設(shè)定，對溫度進(jìn)行智能控制。工業(yè)生產(chǎn)中的電加熱爐溫度監(jiān)控系統(tǒng)和培養(yǎng)基的溫度監(jiān)控系統(tǒng)都是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型應(yīng)用。2.方案的設(shè)計(jì)：要求利用所學(xué)過的知識設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制系統(tǒng),加熱爐溫度檢測，到設(shè)定溫度后，進(jìn)行保溫控制. 要想達(dá)到技術(shù)要求的內(nèi)容，用到的器件有：單片機(jī)、溫度傳感器、LCD顯示屏、直流電動機(jī)等。其中單片機(jī)用作主控制器，控制其他器件的工作和處理數(shù)據(jù)；溫度傳感器用來檢測環(huán)境中的實(shí)時(shí)溫度，并將檢測值送到單片機(jī)中進(jìn)

2、行數(shù)值對比；LCD顯示屏用來顯示溫度、時(shí)間的數(shù)字值；直流電動機(jī)用來表示電加熱爐的工作情況，轉(zhuǎn)動表示電加熱爐通電加熱，停止轉(zhuǎn)動表示電加熱爐斷電停止加熱。原理圖如下圖1：圖1 電加熱爐溫度控制系統(tǒng)原理圖2.1硬件選擇：1.單片機(jī)這里選用AT89C52單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的處理器。AT89C52是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器。2.溫度傳感器溫度傳感器有很多種型號，這里我選用DS18B20溫度傳感器。數(shù)字溫度傳感器DS18B20具有獨(dú)特的單總線接口方式，支持多節(jié)點(diǎn)，使分布式溫度傳感器設(shè)計(jì)大為簡化。測溫時(shí)無需任何外圍原件，可以通過數(shù)據(jù)線直接供電，具有超低功

3、耗工作方式。測溫范圍為-55到+125攝氏度，可直接將溫度轉(zhuǎn)換值以16位二進(jìn)制數(shù)字碼的方式串行輸出，因此特別適合單線多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)。由于傳輸?shù)氖谴袛?shù)據(jù)，可以不需要放大器和A/D轉(zhuǎn)換器，因而這種測溫方式大大提高了各種溫度測控系統(tǒng)的可靠性，降低了成本，縮小了體積。3開關(guān)器件由于單片機(jī)與電動機(jī)之間需要用開關(guān)器件連接，并且前者用弱電控制，后者由強(qiáng)電控制，這就尤其需要注意安全問題。于是我想到了在課本中學(xué)過的高性能安全開關(guān)器件光電耦合器。光電耦合器是由一個(gè)發(fā)光器件和和一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器件組成，這里所用的光電耦合器OPTOCOUPLER-NPN是由一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)光敏晶體管所組成。當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)光，就會

4、使得光敏晶體管導(dǎo)通，繼電器通電動作，將開關(guān)吸合，電動機(jī)回路斷開。2.2 電路設(shè)計(jì)方法：1顯示部分電路顯示電路截圖如下圖所示：圖2 顯示部分電路圖這里我選用LCD1602液晶顯示屏作為系統(tǒng)的顯示器件，如圖所示，LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，仿真時(shí)隱藏了背光正極和背光負(fù)極兩個(gè)引腳。它通過D0-D78位數(shù)據(jù)端來與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令傳輸，這里我們將它與單片機(jī)的P0口連接。在顯示屏上顯示的內(nèi)容包括設(shè)定的溫度值SET、傳感器檢測到的環(huán)境溫度SA以及時(shí)鐘，這個(gè)時(shí)鐘是可以調(diào)整的，這樣方便工作人員在對系統(tǒng)進(jìn)行操作時(shí)有一個(gè)時(shí)間概念。2溫度檢測電路溫度傳感器與單片機(jī)的連接情況如下圖所示。圖3 溫度檢測電路圖

5、溫度傳感器18B20將檢測到的環(huán)境實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和放大，然后串行送入單片機(jī)P1.7口，便于單片機(jī)將此數(shù)值與設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較，然后先做出相應(yīng)反應(yīng)。在仿真時(shí)，我們只能通過按18B20上的加減按鈕來調(diào)節(jié)實(shí)時(shí)溫度，是一個(gè)模擬的過程。3鍵盤電路鍵盤電路如下圖所示。圖3 鍵盤電路圖這里減排設(shè)計(jì)得比較簡單，S0鍵是切換調(diào)整對象的，調(diào)整對象包括時(shí)、分、溫度設(shè)定值三項(xiàng)，S1鍵是向上加調(diào)整對象的值，S2鍵是向下減調(diào)整對象的值，S3 鍵是打開和關(guān)閉系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)功能的開關(guān)鍵。4電氣開關(guān)及工作電路電器開關(guān)及工作電路如下圖所示。圖2.4 電氣開關(guān)及工作電路圖如圖所示，光電耦合器1腳接電源，2腳接單片機(jī)P2.7

6、腳。工作過程用以下三個(gè)階段來描述：（1）單片機(jī)將溫度傳感器送入的值與設(shè)定值進(jìn)行比較，若送入值小于設(shè)定值，則P2.7腳保持高電平，這樣發(fā)光二極管不發(fā)光，光敏晶體管保持高阻態(tài)，繼電器也不會工作，電動機(jī)和燈泡維持導(dǎo)通，相當(dāng)于電爐繼續(xù)加熱，指示燈亮；（2）一旦送入值比設(shè)定值大，單片機(jī)將會控制P2.7腳變?yōu)榈碗娖剑l(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，光敏晶體管受光照影響導(dǎo)通，繼而繼電器工作，電磁鐵將單刀雙擲開關(guān)吸向左端，使電動機(jī)和燈泡同時(shí)停止工作，這就相當(dāng)于電爐斷電，停止加熱；（3）電爐短路一段時(shí)間后，必然導(dǎo)致爐溫降低，而溫度傳感器DS18B20在不間斷地檢測爐溫，當(dāng)檢測值低于設(shè)定值后，單片機(jī)又控制P2.7腳恢復(fù)高電平

7、，光電耦合器恢復(fù)高阻態(tài)，繼電器斷電，單刀雙擲開關(guān)被彈回右端，電動機(jī)和燈泡又開始工作，這相當(dāng)于電爐從新開始加熱。2.3繪制流程圖開始初始化P1口，初始化24C64讀出24C64保存的數(shù)據(jù)賦于KLCD初始化延時(shí)500ms啟動時(shí)鐘定時(shí)器0初始化，DS18B20初始化按鍵掃描、溫度采集送入單片機(jī)進(jìn)行溫度值比較送入單片機(jī)進(jìn)行溫度值比較設(shè)定值>=采集值？YN將P2.7口置0設(shè)定值<采集值？yY將P2.7口置1N2.4程序設(shè)計(jì)：由于整個(gè)程序工程量比較大，我采用模塊化設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)這個(gè)程序。首先定義在后面將會用到的變量，不可能一次定義準(zhǔn)確，所以邊定義邊補(bǔ)充。然后編寫子函數(shù)，包括LCM初始化子函數(shù)、

8、顯示指定坐標(biāo)的一個(gè)字符子函數(shù)、ds18b20初始化函數(shù)、ds18b20延遲子函數(shù)、讀取ds18b20當(dāng)前溫度子函數(shù)、液晶顯示子函數(shù)、鍵盤掃描子函數(shù)、設(shè)定工作模式子函數(shù)、按鍵加法子函數(shù)、按鍵減法子函數(shù)、24C02讀寫驅(qū)動程序、定時(shí)器t0中斷子函數(shù)等子程序，最后是主函數(shù)。(程序略)2.4調(diào)試和仿真結(jié)果：在Keil軟件中編寫完程序后，編譯生成.Hex文件，單片機(jī)可以執(zhí)行.Hex文件。在Protues軟件中，給單片機(jī)加載所生成的.Hex文件，按下運(yùn)行按鈕，系統(tǒng)開始仿真由仿真結(jié)果可以知道，此次的設(shè)計(jì)基本成功。當(dāng)采樣溫度低于設(shè)定值的時(shí)候，系統(tǒng)不會對電熱爐做出相應(yīng)動作，電熱爐保持加熱。一旦采樣溫度高于設(shè)定值

9、，系統(tǒng)就會做出反應(yīng)，使電加熱爐斷電停止加熱。當(dāng)溫度降下來后，系統(tǒng)又會自動控制電加熱爐重新開始加熱。系統(tǒng)的反應(yīng)速度也是十分精確的，會在很短的時(shí)間內(nèi)作出相應(yīng)動作。另外，由于在電路中加入了EPROM24C64，使得該系統(tǒng)具有掉電保護(hù)功能，來電后自動恢復(fù)正常工作。除此之外，該系統(tǒng)還有一個(gè)比較實(shí)用的小功能電子鐘，這樣的話工作人員可以利用它準(zhǔn)確掌握系統(tǒng)已經(jīng)工作的時(shí)間，也就是說可以把它當(dāng)做一個(gè)定時(shí)器來用。在安全保護(hù)方面，該系統(tǒng)也有相當(dāng)不錯的表現(xiàn)，由于使用了光電耦合器和就電磁繼電器，將強(qiáng)電部分和弱電部分充分隔離，十分安全。綜合以上分析，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)十分成功。3.設(shè)計(jì)的總結(jié)：本次課程設(shè)計(jì)，題目是設(shè)計(jì)一個(gè)電加熱爐溫度控制系統(tǒng)。說到電加熱爐，我們都比較熟悉，在日常生活中我們經(jīng)常用到，特別是冬天用它來煮火鍋。我們也會發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)問題，一般的電加熱爐是沒有溫度自動控制的，當(dāng)溫度上升到我們需要的程度時(shí)，它仍然繼續(xù)加熱，這不僅會影響到加熱效果，還會造成電能的浪費(fèi)。那么就有必要設(shè)計(jì)一種能自動調(diào)節(jié)爐溫的系統(tǒng)，把它應(yīng)用到日常生活中，將會給人們帶來