課程設計—電阻爐爐溫控制系統(tǒng)

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文檔簡介

1、　　2014電阻爐爐溫控制系統(tǒng)設計　　課程設計要求　　課題內容　　應用計算機的實時監(jiān)控和溫度測量技術，采用單片機、溫度檢測電路、溫度控制電路等，采用比例環(huán)反饋、數(shù)字PID閉環(huán)調節(jié)兩種方式實現(xiàn)電阻爐爐溫的實時監(jiān)控。<

2、/p>　　要求及技術指標　　用單片機及相應的組成部件組成電阻爐溫的自動控制系統(tǒng)，要求測溫范圍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：　?。?）完成電阻爐溫度控制系統(tǒng)設計，包

3、括硬件電路設計和軟件程序設計；　?。?）采用LED實時顯示控溫時的實際爐溫和設定爐溫，如將爐溫加熱并控制在60℃；當爐溫工作至設定溫度時，蜂鳴器每2秒報警一次，綠色LED燈常亮。當爐溫超過設定溫度5℃，過溫保護電路動作，蜂鳴器常鳴，紅色LED常亮。　?。?）對其主電路和控制電路設計相應的保護電路，使其安全可靠地工作。<p&g

4、t;　?。?）具有防干燒功能。　　（5）具有定時功能，設定一段時間自動加溫，如1分鐘。　　元器件清單　　另有剪刀、鑷子等工具　　表1.1　元器件清單　　電路設計</b&

5、gt;　　總體設計方案　　基本方案：利用溫度變送器及溫度檢測電路將電阻爐實際溫度轉換成對應的數(shù)字信號，送入單片機，進行數(shù)據(jù)處理后，通過顯示器顯示溫度，并判斷是否報警，同時將實際爐溫與設定溫度比較，根據(jù)相應的算法(如PID)計算出控制量，通過控制相應的加熱電路實現(xiàn)對爐溫的控制。

6、　　本系統(tǒng)采用STC89C52作為系統(tǒng)的主控芯片，負責加熱爐的溫度檢測與控制。其主要任務是：　　1、讀取DS18B20的溫度數(shù)據(jù)；　　2、控制繼電器通斷，保證溫度達到設定值并保溫；　　3、讀取鍵盤設置的溫度值；　　4、在LED上顯示設置的溫度、當前溫度以及恒溫時間；<

7、;/p>　　5、當溫度到達警戒值的時候控制蜂鳴器報警。　　圖2.1 總體結構圖　　由于加熱爐僅能通過通斷電路控制，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，就可以很好地實現(xiàn)爐子的加熱和恒溫控制了。<

8、;b>　　硬件電路設計　　SL-I型51單片機綜合實驗箱　　單片機最小系統(tǒng)　　STC89C52系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期(1T)的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12

9、倍。內部集成MAX810專用復位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉換(250K/S),針對電機控制，強干擾場合。　　最小系統(tǒng)如圖4.1所示：　　圖3.1 單片機最小系統(tǒng)　　數(shù)碼管顯示模塊　　數(shù)碼管的顯示原理不論是共陰還是共陽，其

10、基本原理是一樣的，都是靠點亮內部的LED來發(fā)光。一位數(shù)碼管的引腳是十個，顯示一個8字需要7個小段，另外還有一個小數(shù)點。　　圖4.2 數(shù)碼管內部原理圖　　實驗時為了保證編程的方便，通常將數(shù)碼管的數(shù)字所對應的八位數(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，也使程序的編寫更加簡單方便。　　我們實驗箱

11、中的LED數(shù)碼管是四位數(shù)碼管，因此為了控制方便，四個數(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”來輸入控制信號，這樣單片機就可以通過程序來控制顯示的字符。　　下圖是實驗箱開發(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）

12、;　　圖4.3 實驗箱數(shù)碼管電路　　按鍵模塊　　彈性按鍵被按下時閉合，松手后自動斷開。單片機檢測按鍵的原理是：單片機的I/O口既可以作為輸出也可作為輸入使用，當檢測按鍵時使用的是它的輸入功能，把按鍵的一端接地，另一端與單片機的某一個I/O口相連，開始時先給I/O口賦一高電平，然后讓單片機不斷地檢

13、測該I/O口是否變成低電平，當按鍵閉合時，即相當于該I/O口通過按鍵與地相連，變成低電平，程序一旦檢測到I/O口變?yōu)榈碗娖絼t說明按鍵被按下，然后執(zhí)行相應的指令。　　圖4.5 按鍵檢測流程圖　　無論獨立鍵盤還是矩陣鍵盤，單片機檢測其是否被按下的依據(jù)都是一樣的，也就是檢測該鍵對應的I/O口是否為低電平。獨立鍵盤有一端固定為低電平，單片機寫程序檢測時比較方便。

14、而矩陣鍵盤兩端都與單片機I/O口連接，因此在檢測時需人為通過單片機I/O口送出低電平。檢測時，先送一列為低電平，其余幾列為高電平，然后立即輪流檢測一次各行是否有低電平，若檢測到某一行為低電平，就可以確定當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，再輪流檢測一次各行是否變?yōu)榈碗娖?，這樣即可檢測完所有的按鍵。　　圖4.6 矩陣鍵盤按鍵電路圖<

15、p>　　4.1.4報警模塊　　報警模塊的結構比較簡單，只是一個蜂鳴器模塊，當溫度高于設定值較大時，單片機在I/O口上輸入一個低電平，就可以使蜂鳴器報警。　　圖4.7報警電路　　4.2溫度采集電路

16、　　DS18B20溫度傳感器是將半導體溫敏器件、A/D轉換器、存儲器等做在一個很小的集成電路芯片上。測溫范圍為-55℃～+125℃ ，測溫精度為士0.5℃；溫度轉換精度9～12位可變，能夠直接將溫度轉換值以16位二進制數(shù)碼的方式串行輸出；12位精度轉換的最大時間為750ms；可以通過數(shù)據(jù)線供電，具有超低功耗工作方式。　　圖4.8<

17、/b>　　DS18B20溫度傳感器只有三根外引線：單線數(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VDD接地，它是通過內部電容在空閑時從數(shù)據(jù)線獲取能量，來完成溫度轉換，相應的完成溫度轉換的時間較長。這種情況下，用單片機的一個I/O口來完成對DS18B20總線的上拉。另一種是外部供電方式(VDD接+5V)，相應的完成溫度測

18、量的時間較短。　　在本設計中采用外部供電方式實現(xiàn)DS18B20傳感器與單片機的連接，其接口電路如圖4所示。　　4.3繼電器電路設計　　本系統(tǒng)采用單相固態(tài)繼電器SSR/1P-10A，當單片機給繼電器供5V電壓時，繼電器導通?？梢酝ㄟ^這個原理將加熱爐的電源線火線分別接入繼電器兩端，所以單片機的I/O口供給低電平，繼電

19、器就可以導通，這樣就可以控制加熱爐的加熱了。　　如圖所示：　　圖4.14 繼電器結構　　由于考慮到單片機引腳的驅動能力可能不足，因此制作了驅動電路，放大驅動電流，并在繼電器兩端加上續(xù)流二極管保證加熱時間夠長。

20、電路如下：　　圖4.15 驅動電路　　軟件程序設計　　/*　　2014年1月6日 　　課程設計 </p&g

21、t;　　內容：溫度控制系統(tǒng)　　硬件：5110 + DS18B20 + 鍵盤*/　　#include <reg52.h>　　#include <stdio.h>　　#define uchar unsigned char<

22、;/p>　　#define uint unsigned int　　sbit ds = P2^5; /*溫度傳感器信號線*/　　sbit beep = P2^7; /*蜂鳴器*/　　sbit jdq = P2^6;/*繼電器*/<

23、p>　　sbit led_green = P2^4;/*綠燈*/　　sbit led_red = P2^2; /*紅燈*/　　uint temp;/*讀取的溫度值*/　　float f_temp;　　uint warn_l = 300;/*

24、低溫30*/　　uint warn_h1 = 600;/*高溫60*/　　uint warn_h2 = 650;/*高溫65*/　　uchar warn_flag = 0;/*超過60報警標志*/　　uchar time = 0;/*time計數(shù)器*/

25、　　uchar time_1 = 0;/*time計數(shù)器1*/　　uint time_2 = 0;/*time計數(shù)器2*/　　uint time_3 = 0;/*time計數(shù)器3*/　　uchar dis_page = 0;/*數(shù)碼管頁面*/</

26、p>　　uchar key_num = 0;/*鍵盤值*/　　uint working_time = 0;/*預設加熱時間*/　　uchar heating_flag = 0;/*開始加熱標志*/　　uchar key_input_temp;/*鍵盤輸入TEMP值*/<

27、;/p>　　uchar set_temp = 30;/*設置溫度初始化為30度*/　　uchar keep_flag = 0;/*保持設置溫度標志位*/　　unsigned char code table[]=　　{&

28、lt;p>　　0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, /* 不帶點的編碼 */　　0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f,　　0xbf, 0x86, 0xdb, 0xcf, 0xe6, /* 帶小數(shù)點的編碼 */　　0xed, 0xfd, 0x87, 0xff, 0xe

29、f　　};　　/*****************DS18B20部分********************/　　void delay(uint z)/*延時函數(shù) */　　{ </p&g

30、t;　　uint x,y;　　for(x=z;x>0;x--)　　for(y=110;y>0;y--);　　}　　void dsreset(void) /

31、* 18B20復位，初始化函數(shù) */　　{　　uint i;　　ds = 0;　　i = 103;

32、　　while(i > 0) i --;　　ds = 1;　　i = 4;　　while(i > 0) i --;　　}<

33、;/p>　　bit tempreadbit(void) /* 讀1位函數(shù) */　　{　　uint i;　　bit dat;&l

34、t;b>　　ds = 0;　　i ++; /* i++ 起延時作用 */　　ds = 1;　　i ++;i ++;　　dat = ds;</

35、p>　　i = 8;　　while(i > 0) i --;　　return (dat);　　}　　uchar tempread(void) /* 讀1個字

36、節(jié) */　　{　　uchar i,j,dat;　　dat=0;　　for(i = 1;i <= 8;i ++)　　{</b&

37、gt;　　j = tempreadbit();　　dat=(j << 7) | (dat >> 1); /*讀出的數(shù)據(jù)最低位在最前面，這樣剛好一個字節(jié)在DAT里*/　　}　　return(dat);<

38、/p>　　}　　void tempwritebyte(uchar dat)/*向18B20寫一個字節(jié)數(shù)據(jù)*/　　{　　uint i;

39、;　　uchar j;　　bit testb;　　for(j = 1;j <= 8;j ++)　　{　　testb = dat & 0x01;

40、;　　dat = dat >> 1;　　if(testb) //寫 1　　{　　ds = 0;　　i ++;i ++;<b&g

41、t;　　ds = 1;　　i = 8;　　while(i > 0)i --;　　}　　else<p&

42、gt;　　{　　ds = 0; //寫 0　　i = 8; 　　while(i > 0)i --;　　ds = 1;

43、　　i ++;i ++;　　}　　}　　}　　void tempchange(void) /*DS18B20 開始獲取溫度并轉換*/

44、　　{　　dsreset();　　delay(1);　　tempwritebyte(0xcc); // 寫跳過讀ROM指令　　tempwritebyte

45、(0x44); // 寫溫度轉換指令　　}　　uint get_temp() /*讀取寄存器中存儲的溫度數(shù)據(jù)*/　　{　　uchar a,b;<p&

46、gt;　　dsreset();　　delay(1);　　tempwritebyte(0xcc);　　tempwritebyte(0xbe);　　a = tempread(); //讀低8位<

47、;p>　　b = tempread(); //讀高8位　　temp = b;　　temp <<= 8; //兩個字節(jié)組合為1個字　　temp = temp | a;　　f_tem

48、p = temp * 0.0625; //溫度在寄存器中為12位分辨率位0.0625°　　temp = f_temp * 10 + 0.5; //乘以10表示小數(shù)點后面只取1位，加0.5是四舍五入　　f_temp = f_temp + 0.05; 　　return temp;

49、 //temp是整型　　}　　/*******************顯示部分*****I****************/　　void display(uchar num, uchar dat) /*顯示字符*/<b&

50、gt;　　{　　uchar i;　　P0 = ~table[dat]; //數(shù)碼管段選　　i = 0xff;　　i = i & ( ~(0x01 << n

51、um));　　P1 = i; //數(shù)碼管位選　　delay(1);　　}　　void display_heating()/*顯示字符"H"*/</p&

52、gt;　　{　　uchar i;　　P0 = 0x89;　　i = 0xff;　　i = i & (~0x01);</p&

53、gt;　　P1 = i;　　delay(1);　　}　　void dis_temp(uint t)/*顯示實時溫度*/　　{

54、　　uchar i;　　i = t / 100;　　display(1, i);　　i = t % 100 / 10;　　display(2, i + 10);<

55、p>　　i = t % 100 % 10;　　display(3, i);　　}　　void dis_working(void)/*顯示定時加熱的時間*/　　{

56、　　uchar i ;　　i = working_time / 100;　　display(1, i);　　i = working_time % 100 / 10;　　display(2, i);</p&g

57、t;　　i = working_time % 100 % 10;　　display(3, i);　　}　　void dis_set_temp(void)　　{</p&g

58、t;　　uchar i ;　　i = set_temp / 100;　　display(1, i);　　i = set_temp % 100 / 10;　　display(2, i);&l

59、t;p>　　i = set_temp % 100 % 10;　　display(3, i);　　}　　void deal(uint t)/*溫度處理函數(shù)*/　　{</p&g

60、t;　　warn_h1=set_temp*10;//將當前設定的溫度賦給報警溫度　　warn_h2=(set_temp+5)*10;　　if(( t > warn_h1) && ( t < warn_h2 )) /*大于設置溫度小于設置溫度+5度*/<b&g

61、t;　　{　　led_green = 0;　　led_red = 1;　　warn_flag = 1;/*報警標志 */　　}　　else if(t >= w

62、arn_h2)/*大于設置溫度+5度 */　　{　　led_red = 0;　　led_green = 1;　　beep = 0;　　warn_f

63、lag = 0;/*消除報警標志*/　　}　　else/*小于設置溫度*/　　{　　led_green = 1;　　led_red

64、 = 1;　　beep = 1;　　warn_flag = 0;/*消除報警標志*/　　}　　}　　void

65、 init_com(void)/*定時器初始化*/　　{　　TMOD = 0x01;　　TH0 = (65536 - 39000) / 256;　　TL1 = (65536 - 39000) % 256;

66、　　EA = 1;　　ET0 = 1;　　TR0 = 1;　　}　　uchar test_key

67、input(void)/*檢測按鍵輸入*/　　{　　uchar key_temp;　　key_input_temp = ~P3 & 0xf0;　　if(key_input_temp != 0x00)

68、　　{　　delay(30);　　if((key_input_temp) != 0x00)　　{　　switch(key_input_temp)<

69、p>　　{　　case 0x10 :key_temp = 1; break;　　case 0x20 : key_temp = 2; break;　　case 0x40 :key_temp = 3; break;　　case

70、0x80 : key_temp = 4; break;　　default:break;　　}　　return key_temp;　　}

71、　　}　　return 0;　　}　　void display_page(void)/*捕捉按鍵輸入定義顯示的dis_page*/　　{</b

72、>　　key_num = test_keyinput();/*掃描鍵盤獨立鍵盤按下為低電平*/　　switch(key_num)　　{　　case 0:break;　　case

73、 1: dis_page ++; //進入設置界面　　if(dis_page > 2)　　dis_page = 0;/*預留三個頁面*/　　if(heating_flag == 1) /*加熱過程中按1號鍵停止加熱*/　　{&l

74、t;/b>　　heating_flag =0;　　}　　keep_flag = 0;/*取消保持溫度標志位*/　　heating_flag = 0;/*取消加熱溫度標志位*/<

75、;b>　　break;　　case 2: if(dis_page == 1)/*最大加熱時間600s /////////////// 設置加熱時間可以不用設置*/　　{　　if(working_time < 600)worki

76、ng_time ++;　　elseworking_time = 600;　　}　　else if(dis_page == 2)///////////////////////////////////設置加熱溫度

77、;　　{　　if(set_temp < 60)set_temp ++;　　else set_temp = 60;　　}　　break;

78、　　case 3: if(dis_page == 1)　　{　　if(working_time > 1)working_time --;　　elseworking_time = 1;

79、;　　}　　else if(dis_page == 2)　　{　　if(set_temp > 30)set_temp --;　　else set_temp = 30;&l

80、t;p>　　}　　break;　　case 4:if(dis_page == 1)/*按4號鍵開始加熱*/　　{　　heating_flag =

81、1;　　}　　else if(dis_page == 2)　　{　　keep_flag = 1;/*按4號鍵開始加熱顯示當前溫度*/

82、　　}　　break;　　default:break;　　}　　}　　void ma

83、in()　　{　　init_com();/*定時器初始化50ms中斷*/　　jdq = 1; /*關繼電器*/　　beep = 1; /*關蜂鳴器*/　　while(1)

84、　　{　　switch(dis_page)/*顯示的頁面*/　　{　　case 0:

85、　　tempchange();/*轉換溫度*/　　dis_temp(get_temp());/*顯示溫度*/　　break;　　case 1:　　dis_working();

86、/*顯示設置時間*/　　break;　　case 2: 　　tempchange();/*轉化溫度*/　　if( keep_flag )　　dis_

87、temp(get_temp());/*顯示溫度*/　　else 　　dis_set_temp();/*顯示設置溫度*/　　display_heating();/*顯示“H”*/　　break;</b

88、>　　default:break;　　}　　} 　　}　　void Timer0_ISR(void) in

89、terrupt 1 /*50ms中斷服務程序*/　　{　　TH0 = (65536 - 39000) / 256;　　TL0 = (65536 - 39000) % 256;/*重裝初值*/　　tim

90、e ++;　　time_1 ++;　　if(time_1 > 5) /*250ms任務每秒鐘轉換4次*/　　{　　time_1 = 0;　　displa

91、y_page();　　deal(temp);　　time_2 ++;　　if(time_2 > 4) /*1S任務*/　　{　　deal(temp);&

92、lt;p>　　time_2 = 0;　　time_3 ++;　　if(heating_flag == 1 && working_time != 0)/*定時加熱狀態(tài)下時間不為0繼續(xù)加熱*/　　{　　wo

93、rking_time --;　　jdq = 0;/*繼電器加熱*/　　if( working_time ==0)　　{　　jdq = 1;/*繼電器停止*/　　heating_f

94、lag = 0;/*繼電器標志位歸0*/　　}　　}　　}　　if(dis_page == 2) /*控溫狀態(tài)下*/&

95、lt;p>　　{　　if(get_temp() < (set_temp* 10)) 　　jdq = 0;　　else /*超過set_temp斷電*/<b&

96、gt;　　jdq =1;　　}　　}　　if(warn_flag)/*報警2s*/　　{

97、if((time_3 % 3) == 1)　　beep = ~beep;　　else 　　beep = 1;　　}&

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