1、20142014 电阻炉炉温控制系统设计电阻炉炉温控制系统设计 1 课程设计要求课程设计要求 1.1 课题内容课题内容 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。 1.2 要求及技术指标要求及技术指标 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 0100，使其控制系统控制的温度保温值的变化范围为 3060。 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
2、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。 1.3 元器件清单元器件清单 元件名称 数量 电热杯 1 个 SL1 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
3、、镊子等工具 表 1.1 元器件清单 2 电路设计电路设计 2.1 总体设计方案总体设计方案 基本方案：基本方案： 利用温度变送器及温度检测电路将电阻炉实际温度转换成对应的 数字信号，送入单片机，进行数据处理后，通过显示器显示温度，并判断是否报 警，同时将实际炉温与设定温度比较，根据相应的算法(如 PID)计算出控制量， 通过控制相应的加热电路实现对炉温的控制。 本系统采用 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
4、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。 3 硬件电路设计硬件电路设计 3.1 SL-I型型 51 单片机综合实验箱单片机综合实验箱 3.1.13.1.1 单片机最小系统单片机最小系统 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
5、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。 最小系统如图 4.1 所示： 图 3.1 单片机最小系统 3.1.23.1.2 数码管显示模块数码管显示模块 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
6、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 3.1.33.1.3 按键模块按键模块 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
