課程設(shè)計(jì)報(bào)告-電阻爐爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

...wd......wd......wd...電阻爐爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)要求課題內(nèi)容應(yīng)用計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和溫度測(cè)量技術(shù)，采用單片機(jī)、溫度檢測(cè)電路、溫度控制電路等，采用比例環(huán)反響、數(shù)字PID閉環(huán)調(diào)節(jié)兩種方式實(shí)現(xiàn)電阻爐爐溫的實(shí)時(shí)監(jiān)控。要求及技術(shù)指標(biāo)用單片機(jī)及相應(yīng)的組成部件組成電阻爐溫的自動(dòng)控制系統(tǒng)，要求測(cè)溫范圍0～100℃，使其控制系統(tǒng)控制的溫度保溫值的變化范圍為30～60℃。要求：〔1〕完成電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)；〔2〕采用LED實(shí)時(shí)顯示控溫時(shí)的實(shí)際爐溫和設(shè)定爐溫，如將爐溫加熱并控制在60℃；當(dāng)爐溫工作至設(shè)定溫度時(shí)，蜂鳴器每2秒報(bào)警一次，綠色LED燈常亮。當(dāng)爐溫超過(guò)設(shè)定溫度5℃，過(guò)溫保護(hù)電路動(dòng)作，〔3〕對(duì)其主電路和控制電路設(shè)計(jì)相應(yīng)的保護(hù)電路，使其安全可靠地工作?！?〕具有防干燒功能?！?〕具有定時(shí)功能，設(shè)定一段時(shí)間自動(dòng)加溫，如1分鐘。元器件清單元件名稱(chēng)數(shù)量電熱杯1個(gè)SL－1型51單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)箱1個(gè)DS18B20溫度傳感器1片STC89C52單片機(jī)1片S8550三極管放大器2片USB下載線1條單線固態(tài)繼電器1個(gè)二極管1個(gè)導(dǎo)線假設(shè)干另有剪刀、鑷子等工具表1.1元器件清單電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方案基本方案：利用溫度變送器及溫度檢測(cè)電路將電阻爐實(shí)際溫度轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，送入單片機(jī)，進(jìn)展數(shù)據(jù)處理后，通過(guò)顯示器顯示溫度，并判斷是否報(bào)警，同時(shí)將實(shí)際爐溫與設(shè)定溫度比較，根據(jù)相應(yīng)的算法(如PID)計(jì)算出控制量，通過(guò)控制相應(yīng)的加熱電路實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制。本系統(tǒng)采用STC89C52作為系統(tǒng)的主控芯片，負(fù)責(zé)加熱爐的溫度檢測(cè)與控制。其主要任務(wù)是：1、讀取DS18B20的溫度數(shù)據(jù)；2、控制繼電器通斷，保證溫度到達(dá)設(shè)定值并保溫；3、讀取鍵盤(pán)設(shè)置的溫度值；4、在LED上顯示設(shè)置的溫度、當(dāng)前溫度以及恒溫時(shí)間；5、當(dāng)溫度到達(dá)戒備值的時(shí)候控制蜂鳴器報(bào)警。圖2.1總體構(gòu)造圖由于加熱爐僅能通過(guò)通斷電路控制，不具備良好的可控性，且加熱所需的速度和精度要求并不高，這里無(wú)需使用PID算法這樣的高速跟蹤算法，只要使用二次線性化的方法控制，就可以很好地實(shí)現(xiàn)爐子的加熱和恒溫控制了。硬件電路設(shè)計(jì)SL-I型51單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)箱單片機(jī)最小系統(tǒng)STC89C52系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S),針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。最小系統(tǒng)如圖4.1所示：圖3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)數(shù)碼管顯示模塊數(shù)碼管的顯示原理不管是共陰還是共陽(yáng)，其基本原理是一樣的，都是靠點(diǎn)亮內(nèi)部的LED來(lái)發(fā)光。一位數(shù)碼管的引腳是十個(gè)，顯示一個(gè)8字需要7個(gè)小段，另外還有一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。圖4.2數(shù)碼管內(nèi)部原理圖實(shí)驗(yàn)時(shí)為了保證編程的方便，通常將數(shù)碼管的數(shù)字所對(duì)應(yīng)的八位數(shù)字記錄在數(shù)組中，程序中直接使用查表的方法，可以提高程序的效率，也使程序的編寫(xiě)更加簡(jiǎn)單方便。符號(hào)編碼符號(hào)編碼00xC080x8010xF990x9020xA4A0x8830xB0B0xC740x99C0xC650x92D0xA160x82E0x8670xF8F0x8E我們實(shí)驗(yàn)箱中的LED數(shù)碼管是四位數(shù)碼管，因此為了控制方便，四個(gè)數(shù)碼管的“段選端〞是連在一起的，他們的GND或VCC端作為“位選端〞來(lái)輸入控制信號(hào)，這樣單片機(jī)就可以通過(guò)程序來(lái)控制顯示的字符。以以下圖是實(shí)驗(yàn)箱開(kāi)發(fā)板中的數(shù)碼管電路圖：STC89C52的Px1口作為段選〔任意口〕Px2口作為位選〔任意口〕圖4.3實(shí)驗(yàn)箱數(shù)碼管電路按鍵模塊彈性按鍵被按下時(shí)閉合，松手后自動(dòng)斷開(kāi)。單片機(jī)檢測(cè)按鍵的原理是：?jiǎn)纹瑱C(jī)的I/O口既可以作為輸出也可作為輸入使用，當(dāng)檢測(cè)按鍵時(shí)使用的是它的輸入功能，把按鍵的一端接地，另一端與單片機(jī)的某一個(gè)I/O口相連，開(kāi)場(chǎng)時(shí)先給I/O口賦一高電平，然后讓單片機(jī)不斷地檢測(cè)該I/O口是否變成低電平，當(dāng)按鍵閉合時(shí)，即相當(dāng)于該I/O口通過(guò)按鍵與地相連，變成低電平，程序一旦檢測(cè)到I/O口變?yōu)榈碗娖侥敲凑f(shuō)明按鍵被按下，然后執(zhí)行相應(yīng)的指令。圖4.5按鍵檢測(cè)流程圖無(wú)論獨(dú)立鍵盤(pán)還是矩陣鍵盤(pán)，單片機(jī)檢測(cè)其是否被按下的依據(jù)都是一樣的，也就是檢測(cè)該鍵對(duì)應(yīng)的I/O口是否為低電平。獨(dú)立鍵盤(pán)有一端固定為低電平，單片機(jī)寫(xiě)程序檢測(cè)時(shí)比較方便。而矩陣鍵盤(pán)兩端都與單片機(jī)I/O口連接，因此在檢測(cè)時(shí)需人為通過(guò)單片機(jī)I/O口送出低電平。檢測(cè)時(shí)，先送一列為低電平，其余幾列為高電平，然后立即輪流檢測(cè)一次各行是否有低電平，假設(shè)檢測(cè)到某一行為低電平，就可以確定當(dāng)前被按下的按鍵是哪一行哪一列的，用同樣的方法輪流各列送一次低電平，再輪流檢測(cè)一次各行是否變?yōu)榈碗娖?，這樣即可檢測(cè)完所有的按鍵。圖4.6矩陣鍵盤(pán)按鍵電路圖4.1.4報(bào)警模塊報(bào)警模塊的構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，只是一個(gè)蜂鳴器模塊，當(dāng)溫度高于設(shè)定值較大時(shí)，單片機(jī)在I/O口上輸入一個(gè)低電平，就可以使蜂鳴器報(bào)警。圖4.7報(bào)警電路4.2溫度采集電路DS18B20溫度傳感器是將半導(dǎo)體溫敏器件、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器等做在一個(gè)很小的集成電路芯片上。測(cè)溫范圍為-55℃～+125℃，測(cè)溫精度為士0.5圖4.8DS18B20溫度傳感器只有三根外引線：?jiǎn)尉€數(shù)據(jù)傳輸總線端口DQ，外供電源線VDD，共用地線GND。DS18B20有兩種供電方式：一種為數(shù)據(jù)線供電方式，此時(shí)VDD接地，它是通過(guò)內(nèi)部電容在空閑時(shí)從數(shù)據(jù)線獲取能量，來(lái)完成溫度轉(zhuǎn)換，相應(yīng)的完成溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間較長(zhǎng)。這種情況下，用單片機(jī)的一個(gè)I/O口來(lái)完成對(duì)DS18B20總線的上拉。另一種是外部供電方式(VDD接+5V)，相應(yīng)的完成溫度測(cè)量的時(shí)間較短。在本設(shè)計(jì)中采用外部供電方式實(shí)現(xiàn)DS18B20傳感器與單片機(jī)的連接，其接口電路如圖4所示。4.3繼電器電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用單相固態(tài)繼電器SSR/1P-10A，當(dāng)單片機(jī)給繼電器供5V電壓時(shí)，繼電器導(dǎo)通?？梢酝ㄟ^(guò)這個(gè)原理將加熱爐的電源線火線分別接入繼電器兩端，所以單片機(jī)的I/O口供給低電平，繼電器就可以導(dǎo)通，這樣就可以控制加熱爐的加熱了。如以以下圖：圖4.14繼電器構(gòu)造由于考慮到單片機(jī)引腳的驅(qū)動(dòng)能力可能缺乏，因此制作了驅(qū)動(dòng)電路，放大驅(qū)動(dòng)電流，并在繼電器兩端加上續(xù)流二極管保證加熱時(shí)間夠長(zhǎng)。電路如下：圖4.15驅(qū)動(dòng)電路軟件程序設(shè)計(jì)/* 2014年1月6日 課程設(shè)計(jì) 內(nèi)容： 溫度控制系統(tǒng) 硬件： 5110+DS18B20+鍵盤(pán)*/#include<reg52.h>#include<stdio.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitds=P2^5; /*溫度傳感器信號(hào)線*/sbitbeep=P2^7; /*蜂鳴器*/sbitjdq=P2^6; /*繼電器*/sbitled_green=P2^4; /*綠燈*/sbitled_red=P2^2; /*紅燈*/uinttemp; /*讀取的溫度值*/floatf_temp;uintwarn_l=300; /*低溫30*/uintwarn_h1=600; /*高溫60*/uintwarn_h2=650; /*高溫65*/ucharwarn_flag=0; /*超過(guò)60報(bào)警標(biāo)志*/uchartime=0; /*time計(jì)數(shù)器*/uchartime_1=0; /*time計(jì)數(shù)器1*/uinttime_2=0; /*time計(jì)數(shù)器2*/uinttime_3=0; /*time計(jì)數(shù)器3*/uchardis_page=0; /*數(shù)碼管頁(yè)面*/ucharkey_num=0; /*鍵盤(pán)值*/uintworking_time=0; /*預(yù)設(shè)加熱時(shí)間*/ucharheating_flag=0; /*開(kāi)場(chǎng)加熱標(biāo)志*/ucharkey_input_temp; /*鍵盤(pán)輸入TEMP值*/ucharset_temp=30; /*設(shè)置溫度初始化為30度*/ucharkeep_flag=0; /*保持設(shè)置溫度標(biāo)志位*/unsignedcharcodetable[]={ 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,/*不帶點(diǎn)的編碼*/ 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f, 0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,/*帶小數(shù)點(diǎn)的編碼*/ 0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef};/*****************DS18B20局部********************/voiddelay(uintz) /*延時(shí)函數(shù)*/{ uintx,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--);}voiddsreset(void) /*18B20復(fù)位，初始化函數(shù)*/{uinti;ds=0;i=103;while(i>0)i--;ds=1;i=4;while(i>0)i--;}bittempreadbit(void)/*讀1位函數(shù)*/{uinti;bitdat;ds=0;i++; /*i++起延時(shí)作用*/ds=1;i++; i++;dat=ds;i=8;while(i>0)i--;return(dat);}uchartempread(void) /*讀1個(gè)字節(jié)*/{uchari,j,dat;dat=0;for(i=1;i<=8;i++){j=tempreadbit();dat=(j<<7)|(dat>>1);/*讀出的數(shù)據(jù)最低位在最前面，這樣剛好一個(gè)字節(jié)在DAT里*/}return(dat);}voidtempwritebyte(uchardat)/*向18B20寫(xiě)一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)*/{uinti;ucharj;bittestb;for(j=1;j<=8;j++){testb=dat&0x01;dat=dat>>1;if(testb)//寫(xiě)1{ds=0;i++; i++;ds=1;i=8; while(i>0) i--;}else{ds=0;//寫(xiě)0i=8; while(i>0) i--;ds=1;i++; i++;}}}voidtempchange(void) /*DS18B20開(kāi)場(chǎng)獲取溫度并轉(zhuǎn)換*/{dsreset();delay(1);tempwritebyte(0xcc);//寫(xiě)跳過(guò)讀ROM指令tempwritebyte(0x44);//寫(xiě)溫度轉(zhuǎn)換指令}uintget_temp()/*讀取存放器中存儲(chǔ)的溫度數(shù)據(jù)*/{uchara,b;dsreset();delay(1);tempwritebyte(0xcc);tempwritebyte(0xbe);a=tempread();//讀低8位b=tempread();//讀高8位temp=b;temp<<=8;//兩個(gè)字節(jié)組合為1個(gè)字temp=temp|a;f_temp=temp*0.0625;//溫度在存放器中為12位分辨率位0.0625°temp=f_temp*10+0.5;//乘以10表示小數(shù)點(diǎn)后面只取1位，加0.5是四舍五入f_temp=f_temp+0.05;returntemp;//temp是整型}/*******************顯示局部*****I****************/voiddisplay(ucharnum,uchardat)/*顯示字符*/{uchari;P0=~table[dat]; //數(shù)碼管段選i=0xff;i=i&(~(0x01<<num));P1=i; //數(shù)碼管位選delay(1);}voiddisplay_heating() /*顯示字符"H"*/{ uchari; P0=0x89; i=0xff; i=i&(~0x01); P1=i; delay(1); }voiddis_temp(uintt) /*顯示實(shí)時(shí)溫度*/{uchari;i=t/100;display(1,i);i=t%100/10;display(2,i+10);i=t%100%10;display(3,i);}voiddis_working(void) /*顯示定時(shí)加熱的時(shí)間*/{uchari;i=working_time/100;display(1,i);i=working_time%100/10;display(2,i);i=working_time%100%10;display(3,i);}voiddis_set_temp(void){ uchari; i=set_temp/100; display(1,i); i=set_temp%100/10; display(2,i); i=set_temp%100%10; display(3,i); }voiddeal(uintt) /*溫度處理函數(shù)*/{warn_h1=set_temp*10;//將當(dāng)前設(shè)定的溫度賦給報(bào)警溫度warn_h2=(set_temp+5)*10;if((t>warn_h1)&&(t<warn_h2))/*大于設(shè)置溫度小于設(shè)置溫度+5度*/ {led_green=0; led_red=1; warn_flag=1; /*報(bào)警標(biāo)志*/ }elseif(t>=warn_h2) /*大于設(shè)置溫度+5度*/ {led_red=0; led_green=1; beep=0; warn_flag=0; /*消除報(bào)警標(biāo)志*/ }else /*小于設(shè)置溫度*/{ led_green=1; led_red=1; beep=1; warn_flag=0; /*消除報(bào)警標(biāo)志*/}}voidinit_com(void) /*定時(shí)器初始化*/{TMOD=0x01;TH0=(65536-39000)/256;TL1=(65536-39000)%256;EA=1; 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