【正文】 ......................................................................................................................................32結 論 ..............................................................................................................................................36參考文獻 ........................................................................................................................................37附錄:原理圖 ..................................................................................................................................38致 謝 ..............................................................................................................................................39 湖南科技大學畢業(yè)設計1第一章 緒論 溫度控制系統(tǒng)設計的背景、發(fā)展歷史及意義 溫度控制系統(tǒng)已應用到人們生活的各個方面，是與人們息息相關的一個實際問題。針對這種實際情況，設計一個溫度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應用前景與實際意義。單片機在電子產品中的應用已經越來越廣泛，在很多的電子產品中也用到了溫度檢測和溫度控制。隨著溫度控制器應用范圍的日益廣泛和多樣，各種適用于不同場合的智能溫度控制器應運而生。電阻爐是利用電流通過電阻體產生的熱量來加熱或熔化物料的一類電爐。它的特點：①電路簡單； ②對爐料種類的限制少；（小型電阻爐可以加熱食品、干燥木材等）；③爐溫控制精度高；④容易實現(xiàn)在真空或控制氣氛中加熱等特點。它適用于：① 機械零件的淬火、回火、退火、滲碳、氮化等熱處理 ；② 各種材料的加熱、干燥、燒結、釬焊、熔化等。電阻爐的主要參數(shù)有額定電壓、額定功率、額定溫度、工作空間尺寸。電阻爐按爐溫不同可以分為低溫電阻爐(600～700℃以下) 、中溫電阻爐(700℃～1200℃ )、高溫電阻爐(1200 ℃以上 )。電阻爐被廣泛應用在冶金、機械、石油化工、電力等工業(yè)生產中，在很多生產過程中，溫度的測量和控制與生產安全、生產效率、產品質量、能源節(jié)約等重大技術經濟指標緊緊相連。因此各個領域對電阻爐溫度控制的穩(wěn)定性、可靠性、精度等要求也越來越高，溫度測量控制技術也成為現(xiàn)代科技發(fā)展中的一項重要技術。溫度控制技術的發(fā)展經歷了三個階段：定值開關控制；PID控制；智能控制。PID控制溫度的效果主要取決于P、I、D三個參數(shù)。PID控制大滯后、大慣性、時變溫度系統(tǒng)時，其控制品質難以保證。電阻爐是由電阻絲加熱升溫，靠自然冷卻降溫，PID控制對小型電阻爐的溫度控制效果良好。本文以電阻爐為控制對象，以單片機為硬件核心，利用單片機使電阻爐的溫度維持在一個穩(wěn)定的范圍。湖南科技大學畢業(yè)設計2第二章 系統(tǒng)總體方案設計與論證 溫度控制系統(tǒng)的目的和功能溫度是一個非常重要的物理量，因為它直接影響燃燒、化學反應、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形、結晶以及空氣流動等物理和化學過程。溫度控制失誤就可能引起生產安全、產品質量、產品產量等一系列問題。因此對溫度的檢測的意義就越來越大。溫度采集控制系統(tǒng)在工業(yè)生產、科學研究和人們的生活領域中，得到了廣泛應用。在工業(yè)生產過程中，很多時候都需要對溫度進行嚴格的監(jiān)控，以使得生產能夠順利的進行，產品的質量才能夠得到充分的保證。使用自動溫度控制系統(tǒng)可以對生產環(huán)境的溫度進行自動控制，保證生產的自動化、智能化能夠順利、安全進行，從而提高企業(yè)的生產效率。溫度采集控制系統(tǒng)是在嵌入式系統(tǒng)設計的基礎上發(fā)展起來的。嵌入式系統(tǒng)雖然起源于微型計算機時代，但是微型計算機的體積、價位、可靠性，都無法滿足廣大對象對嵌入式系統(tǒng)的要求，因此，嵌入式系統(tǒng)必須走獨立發(fā)展道路。這條道路就是芯片化道路。將計算機做在一個芯片上，從而開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展的單片機時代。單片機誕生于二十世紀七十年代末，經歷了SCM 、MCU和SOC三大階段。 設計內容本設計的內容是電阻爐溫度控制系統(tǒng)，控制對象是溫度。溫度控制在日常生活及工業(yè)領域應用相當廣泛。而以往溫度控制是采用模擬信號，這種控制精度低，維護工作量大，易出故障，現(xiàn)在采用數(shù)字化儀表，精度高。本設計是對電阻爐溫度進行實時監(jiān)測與控制，設計的溫度控制系統(tǒng)實現(xiàn)了基本的溫度控制功能：當電阻爐溫度低于設定下限溫度時，系統(tǒng)對電阻爐發(fā)出加熱信號，使電阻爐溫度上升，當電阻爐溫度高于設定上限溫度時，系統(tǒng)使電阻爐停止加熱，使溫度下降，當電子流溫度下降到下限溫度以下時，系統(tǒng)發(fā)出信號使電阻爐繼續(xù)加熱。不斷重復該過程，使溫度始終保持在上下限溫度之間。LED燈即時顯示溫度。系統(tǒng)設計總體框圖如下圖21所示： 湖南科技大學畢業(yè)設計3電阻爐溫度檢測電路傳感器鍵盤固態(tài)繼電器L E D 顯示A T 8 9 C 5 2單片機指示燈圖21 控制器設計總體框圖在本系統(tǒng)的電路由四部分組成:(1)控制部分主芯片采用單片機AT89C52；(2)顯示部分采用4位LED 數(shù)碼管實現(xiàn)溫度顯示；(3)溫度采集部分采用K型熱電偶傳感器；(4)溫度控制部分采用固態(tài)繼電器。根據(jù)溫度變化慢，并且控制精度不易掌握的特點，我們設計了以AT89C52單片機為檢測控制中心，將溫度控制在設定的范圍之內。其主要的控制原理為：對被控對象的溫度進行實時采集，其主要是通過熱電偶傳感器將溫度轉變成模擬電信號，并由A/D轉換器ADC0832 將所得的模擬量轉變成數(shù)字量送入單片機中。單片機將傳感器所采集到的溫度和事先設定的溫度進行對比，當小于設定值時將發(fā)出信號啟動加熱裝置；當大于設定值時將關閉加熱裝置，從而使得被控溫度控制在一定的范圍之內，達到實時控制的功能。整個控制器主要有以下功能：(1)被控溫度可以根據(jù)實際的需要設定；(2)實時顯示當前溫度值；(3)按鍵控制：a 、設置復位鍵、加一鍵、減一鍵、確定鍵；b、修改P、I、D系數(shù)；(4)越限報警。湖南科技大學畢業(yè)設計4第三章 電阻爐溫度控制系統(tǒng)硬件設計 最小系統(tǒng)結構框圖本系統(tǒng)以 STC89C52 單片機為核心，本系統(tǒng)選用 12MHZ 的晶振，使得單片機有合理的運行速度,復位電路為按鍵高電平復位。STC89C52 單片機最小系統(tǒng)電路設計如圖 31 所示：圖 31 STC89C52 單片機最小系統(tǒng) 單 片 機在多數(shù)電子設計當中，基于性價比的考慮，8 位單片機仍是首選。AT89C52 是一種低功耗/ 低電壓、高性能的 8 位單片機。片內帶有一個 8KB 的 Flash 可編程、可擦除只讀存儲器（EPROM）。它采用了 CMOS 工藝和 ATMEL 公司的高密度非易失性存儲器（NURAM）技術，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 MCS51 兼容、片內的 Flash 存儲器允許在系統(tǒng)內改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲器編程器來編程。因此，AT89C52 是一湖南科技大學畢業(yè)設計5種功能強、靈活性高，且價格合理的單片機，可方便地應用在各種控制領域。基于上述這些特點，這里選擇 AT89C52 單片機作為控制核心。因為單片機的工作電源為+5V，AT89C52電源輸入支持的電壓范圍為 5v~，且底層電路功耗很小。Vcc，電源端； GND，接地端。其電源供電電路如圖 32所示：1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 13Jun2022 Sheet of File: F:\三三 \三三三三\三三 \99三三三\ Drawn By:R6510D10LEDJ4RCAGND+5V圖32 電源供電電路 單 片 機 的 主 控 單 元本部分主要介紹單片機最小系統(tǒng)的設計。單片機系統(tǒng)的擴展，一般是以基本最小系統(tǒng)為基礎的。所謂最小系統(tǒng)，是指一個真正可用的單片機最小配置系統(tǒng)，對于片內帶有程序存儲器的單片機，只要在芯片外接時鐘電路和復位電路就是一個小系統(tǒng)了。小系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的基石。本電路的小系統(tǒng)主要由三部分組成，一塊AT89C52芯片、復位電路及時鐘電路。AT89C52單片機：AT89C52是美國ATMEL公司生產的低功耗，高性能CMOS8位單片機，器件采用ATMEL 公司的高密度，非易失性存儲技術生產，兼容標準8051指令系統(tǒng)及引腳。4K 字節(jié)可系統(tǒng)編程的Flash 程序存儲器， 128字節(jié)內部RAM，32個I/O口線，看門狗(WDT)，兩個數(shù)據(jù)指針，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C52停止CPU的工作，但允許RAM、定時/ 計數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM中的內容，但振蕩器停止工作，并禁止其它所有部件工作，直到下一個硬件復位。AT89C52 單片機的引腳說明VCC： 供 電 電 壓 ； GND： 接 地 。湖南科技大學畢業(yè)設計6P0是一個8位雙向 I/O端口，端口置1時作高阻抗輸入端，作為輸出口時能驅動 8個TTL電平。對內部Flash程序存儲器編程時，接收指令字節(jié)；校驗程序時輸出指令字節(jié)，需要接上拉電阻。在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲器時，P0 口是分時轉換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線，訪問期間內部的上拉電阻起作用。P1是一個帶有內部上拉電阻的8 位準雙向I/0端口。輸出時可驅動4個TTL電平。端口置1時，內部上拉電阻將端口拉到高電平作輸入用。對內部Flash程序存儲器編程時，接收低8位地址信息。P2是一個帶有內部上拉電阻的8位準雙向I/0端口。輸出時可驅動4個TTL電平。端口置1 時，內部上拉電阻將端口拉到高電平作輸入用。對內部Flash程序存儲器編程時，接收高8位地址和控制信息。在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高8位地址。而在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時其引腳上的內容在此期間不會改變。P3 口 ： P3 口 管 腳 是 8 個 帶 內 部 上 拉 電 阻 的 雙 向 I/O 口 ， 可 接 收 輸 出 4 個 TTL 門電 流 。 當 P3 口 寫 入 “1”后 ， 它 們 被 內 部 上 拉 為 高 電 平 ， 并 用 作 輸 入 。 作 為 輸 入 ， 由 于外 部 下 拉 為 低 電 平 ， P3 口 將 輸 出 電 流 （ ILL） 這 是 由 于 上 拉 的 緣 故 。 P3 口 也 可 作 為 STC89C52 的 一 些 特 殊 功 能 口 ， 如 下 所 示 ： /RXD（ 串 行 輸 入 口 ） ； /TXD（ 串 行 輸 出 口 ） ； /INT0（ 外 部 中 斷 0） ； /INT1（ 外 部 中 斷 1） ； T0（ 記 時 器 0 外 部 輸 入 ） ； T1（ 記 時 器 1 外 部 輸 入 ） ； /WR（ 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 寫 選 通 ） ； /RD（ 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 讀 選 通 ） ； P3 口 同 時 為 閃 爍 編 程 和 編 程 校 驗 接 收 一 些 控 制 信 號 。 RST： 復 位 輸 入 。 當 振 蕩 器 復 位 器 件 時 ， 要 保 持 RST 腳 兩 個 機 器 周 期 的 高 電 平 時間 。ALE/PROG： 當 訪 問 外 部 存 儲 器 時 ， 地 址 鎖 存 允 許 的 輸 出 電 平 用 于 鎖 存 地 址 的 地位 字 節(jié) 。 在 FLASH 編 程 期 間 ， 此 引 腳 用 于 輸 入 編 程 脈 沖 。 在 平 時 ， ALE 端 以 不 變 的湖南科技大學畢業(yè)設計7頻 率 周 期 輸 出 正 脈 沖 信 號 ， 此 頻 率 為 振 蕩 器 頻 率 的 1/6。 因 此 它 可 用 作 對 外 部 輸 出 的脈 沖 或 用 于 定 時 目 的 。 然 而 要 注 意 的 是 ： 每 當 用 作 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 時 ， 將 跳 過 一 個ALE 脈 沖 。 如 想 禁 止 ALE 的 輸 出 可 在 SFR8EH 地 址 上 置 0。 此 時 ， ALE 只 有 在 執(zhí) 行MOVX， MOVC 指 令 是 ALE 才 起 作 用 。 另 外 ， 該 引 腳 被 略 微 拉 高 。 如 果 微 處 理 器 在外 部 執(zhí) 行 狀 態(tài) ALE 禁 止 ， 置 位 無 效 。PSEN： 外 部 程 序 存 儲 器 的 選 通 信 號 。 在 由 外 部 程 序 存 儲 器 取 值 期 間 ， 每 個 機 器 周期 兩 次 /PSEN 有 效 。 但 在 訪 問 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 時 ， 這 兩 次 有 效 的 /PSEN 信 號 將 不 出 現(xiàn) 。EA/VPP： 當 /EA 保 持 低 電 平 時 ， 則 在 此 期 間 外 部 程 序 存 儲 器 ， 不 管 是 否 有 內 部 程