2022年电加热炉温度控制系统设计.docx
精选学习资料 - - - - - - - - - 电 加 热 炉 温 度 控 制 系 统 设 计名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 电加热炉温度掌握系统设计1. 设计的意义 ：在现实生活当中, 许多场合需要对温度进行智能掌握,日常生活中最常见的要算空调和冰箱了, 他们都能依据环境实时情形,结合人为的设定, 对温度进行智能掌握；工业生产中的电加热炉温度监控系统和培育基的温度监控系统都是计 算机掌握系统的典型应用；2. 方案的设计 ：要求利用所学过的学问设计一个温度掌握系统,加热炉温度检测,到设定温度后,进行保温掌握 . 要想达到技术要求的内容,用到的器件有：单片机、温度 传感器、 LCD 显示屏、直流电动机等；其中单片机用作主掌握器,掌握其他器 件的工作和处理数据； 温度传感器用来检测环境中的实时温度,并将检测值送到单片机中进行数值对比；LCD 显示屏用来显示温度、时间的数字值；直流电动机用来表示电加热炉的工作情形,转动表示电加热炉通电加热, 停止转动表示电加热炉断电停止加热；原理图如下图 1：图 1 电加热炉温度掌握系统原理图1 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.1 硬件挑选：1. 单片机这里选用 AT89C52单片机作为掌握系统的处理器； AT89C52是一种带 4K 字节闪存可编程可擦除只读储备器的低电压、高性能 2. 温度传感器CMOS 8位微处理器；温度传感器有许多种型号,这里我选用 DS18B20温度传感器；数字温度传感器 DS18B20具有特殊的单总线接口方式, 支持多节点, 使分布式温度传感器设计大为简化； 测温时无需任何外围原件, 可以通过数据线直接供电, 具有超低功耗工作方式；测温范畴为-55 到+125 摄氏度,可直接将温度转换值以 16 位二进制数字码的方式串行输出, 因此特殊适合单线多点温度测量系统；由于传输的是串行数据, 可以不需要放大器和A/D 转换器,因而这种测温方式大大提高了各种温度测控系统的牢靠性,降低了成本,缩小了体积；3开关器件 由于单片机与电动机之间需要用开关器件连接,并且前者用弱电掌握,后 者由强电掌握,这就特殊需要留意安全问题；于是我想到了在课本中学过 的高性能安全开关器件光电耦合器；光电耦合器是由一个发光器件和和一个光电转换器件组成,这里所用的光电耦合器OPTOCOUPLER-NPN 是由一个发光二极管和一个光敏晶体管所组成；当发光二极管发光,就会使得光敏 晶体管导通,继电器通电动作,将开关吸合,电动机回路断开；2.2 电路设计方法：1显示部分电路显示电路截图如下图所示：图 2 显示部分电路图2 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 这里我选用 LCD1602 液晶显示屏作为系统的显示器件,如下列图,LCD1602 采纳标准的 16 脚接口,仿真时隐匿了背光正极和背光负极两个引脚；它通过 D0-D78 位数据端来与单片机进行数据和指令传输,这里我们将它与单片机的 P0 口连接；在显示屏上显示的内容包括设定的温度值SET、传感器检测到的环境温度 SA以准时钟,这个时钟是可以调整的,这样便利工作人员在对系统进行 操作时有一个时间概念；2温度检测电路 温度传感器与单片机的连接情形如下图所示；图 3 温度检测电路图 温度传感器 18B20 将检测到的环境实时温度进行 A/D 转换和放大,然 后串行送入单片机 P1.7 口,便于单片机将此数值与设定的温度值进行比较,然后先做出相应反应；在仿真时,我们只能通过按 调剂实时温度,是一个模拟的过程；3键盘电路 键盘电路如下图所示；3 18B20 上的加减按钮来名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3 键盘电路图这里减排设计得比较简洁,S0 键是切换调整对象的,调整对象包括时、分、温度设定值三项,S1 键是向上加调整对象的值,S2 键是向下减调整对象的值, S3 键是打开和关闭系统自动调剂功能的开关键；4电气开关及工作电路电器开关及工作电路如下图所示；图 2.4 电气开关及工作电路图4 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 如下列图,光电耦合器1 脚接电源, 2 脚接单片机P2.7 脚；工作过程用以下三个阶段来描述：（1）单片机将温度传感器送入的值与设定值进行比较,如送入值小于 设定值,就 P2.7 脚保持高电平,这样发光二极管不发光,光敏晶体管保持 高阻态,继电器也不会工作,电动机和灯泡维护导通,相当于电炉连续加 热,指示灯亮；（2）一旦送入值比设定值大,单片机将会掌握P2.7脚变为低电平,发光二极管导通发光,光敏晶体管受光照影响导通,继而继电器工作,电 磁铁将单刀双掷开关吸向左端,使电动机和灯泡同时停止工作,这就相当 于电炉断电,停止加热；（3）电炉短路一段时间后,必定导致炉温降低,而温度传感器 DS18B20 P2.7 脚复原 在不间断地检测炉温,当检测值低于设定值后,单片机又掌握 高电平,光电耦合器复原高阻态,继电器断电,单刀双掷开关被弹回右端,电动机和灯泡又开头工作,这相当于电炉从新开头加热；2.3 绘制流程图开头初始化 P1 口,初始化 24C64 读出 24C64 储存的数据赋于 K LCD 初始化延时 500ms 启动时钟定时器 0 初始化, DS18B20 初始化5 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 按键扫描、温度采集送入单片机进行温度值比较送入单片机进行温度值比较Y 设定值 >=采集值？N 将 P2.7 口置 0 y Y 设定值 <采集值？N 将 P2.7 口置 1 2.4 程序设计：由于整个程序工程量比较大,我采纳模块化设计方法来设计这个程序；第一定义在后面将会用到的变量,不行能一次定义精确,所以边定义边补充；然后编写子函数,包括LCM初始化子函数、显示指定坐标的一个字符子函数、 ds18b20 初始化函数、ds18b20 推迟子函数、读取ds18b20 当前温度子函数、液晶显示子函数、键盘扫描子函数、设定工作模式子函数、按键加法子函数、按键减法子函数、24C02 读写驱动程序、定时器t0 中断子函数等子程序,最终是主函数； 程序略 2.4 调试和仿真结果：在 Keil 软件中编写完程序后,编译生成 .Hex 文件,单片机可以执行.Hex6 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 文件；在Protues软件中,给单片机加载所生成的.Hex 文件,按下运行按钮,系统开头仿真 由仿真结果可以知道,此次的设计基本胜利；当采样温度低于设定值 的时候,系统不会对电热炉做出相应动作,电热炉保持加热；一旦采样温 度高于设定值,系统就会做出反应,使电加热炉断电停止加热；当温度降 下来后,系统又会自动掌握电加热炉重新开头加热；系统的反应速度也是 非常精确的,会在很短的时间内作出相应动作；另外,由于在电路中加入 了 EPROM24C64,使得该系统具有掉电爱护功能,来电后自动复原正常工作；除此之外,该系统仍有一个比较有用的小功能电子钟,这样的话工作人 员可以利用它精确把握系统已经工作的时间,也就是说可以把它当做一个 定时器来用；在安全爱护方面,该系统也有相当不错的表现,由于使用了 光电耦合器和就电磁继电器,将强电部分和弱电部分充分隔离,非常安全；综合以上分析,该系统的设计非常胜利；3. 设计的总结：本次课程设计, 题目是设计一个电加热炉温度掌握系统；说到电加热炉, 我们都比较熟识, 在日常生活中我们常常用到,特殊是冬天用它来煮火锅； 我们也会发觉这样一个问题, 一般的电加热炉是没有温度自动掌握的,当温度上升到我 们需要的程度时, 它仍旧连续加热, 这不仅会影响到加热成效, 仍会造成电能的 铺张；那么就有必要设计一种能自动调剂炉温的系统,把它应用到日常生活中,将会给人们带来极大的便利；由于温度掌握系统的掌握对象具有惯性大,连续性的特点； 因而可以归于具有纯滞后的一阶大惯性环节； 一般来说, 热过程大多具有较大的滞后, 它对任何 信号的响应都会推迟一段时间, 使输出与输入之间产生相移； 对于这样一些存在大的滞后特性的过渡过程掌握；解决方法可以用 制更加精确；7 PID 掌握算法调剂,可以使控名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 8 页
