【正文】 ......................................................................................................................................32結(jié) 論 ..............................................................................................................................................36參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................................37附錄:原理圖 ..................................................................................................................................38致 謝 ..............................................................................................................................................39 湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)1第一章 緒論 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景、發(fā)展歷史及意義 溫度控制系統(tǒng)已應(yīng)用到人們生活的各個(gè)方面，是與人們息息相關(guān)的一個(gè)實(shí)際問題。針對(duì)這種實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實(shí)際意義。單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，在很多的電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測和溫度控制。隨著溫度控制器應(yīng)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(yīng)運(yùn)而生。電阻爐是利用電流通過電阻體產(chǎn)生的熱量來加熱或熔化物料的一類電爐。它的特點(diǎn)：①電路簡單； ②對(duì)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(shí)現(xiàn)在真空或控制氣氛中加熱等特點(diǎn)。它適用于：① 機(jī)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(jié)、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(yīng)用在冶金、機(jī)械、石油化工、電力等工業(yè)生產(chǎn)中，在很多生產(chǎn)過程中，溫度的測量和控制與生產(chǎn)安全、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、能源節(jié)約等重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)緊緊相連。因此各個(gè)領(lǐng)域?qū)﹄娮锠t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(shù)也成為現(xiàn)代科技發(fā)展中的一項(xiàng)重要技術(shù)。溫度控制技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：定值開關(guān)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(gè)參數(shù)。PID控制大滯后、大慣性、時(shí)變溫度系統(tǒng)時(shí)，其控制品質(zhì)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(duì)小型電阻爐的溫度控制效果良好。本文以電阻爐為控制對(duì)象，以單片機(jī)為硬件核心，利用單片機(jī)使電阻爐的溫度維持在一個(gè)穩(wěn)定的范圍。湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)2第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)與論證 溫度控制系統(tǒng)的目的和功能溫度是一個(gè)非常重要的物理量，因?yàn)樗苯佑绊懭紵?、化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形、結(jié)晶以及空氣流動(dòng)等物理和化學(xué)過程。溫度控制失誤就可能引起生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量等一系列問題。因此對(duì)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(chǎn)、科學(xué)研究和人們的生活領(lǐng)域中，得到了廣泛應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，很多時(shí)候都需要對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行，產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證。使用自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)可以對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行自動(dòng)控制，保證生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化能夠順利、安全進(jìn)行，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。溫度采集控制系統(tǒng)是在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。嵌入式系統(tǒng)雖然起源于微型計(jì)算機(jī)時(shí)代，但是微型計(jì)算機(jī)的體積、價(jià)位、可靠性，都無法滿足廣大對(duì)象對(duì)嵌入式系統(tǒng)的要求，因此，嵌入式系統(tǒng)必須走獨(dú)立發(fā)展道路。這條道路就是芯片化道路。將計(jì)算機(jī)做在一個(gè)芯片上，從而開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)時(shí)代。單片機(jī)誕生于二十世紀(jì)七十年代末，經(jīng)歷了SCM 、MCU和SOC三大階段。 設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)的內(nèi)容是電阻爐溫度控制系統(tǒng)，控制對(duì)象是溫度。溫度控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)廣泛。而以往溫度控制是采用模擬信號(hào)，這種控制精度低，維護(hù)工作量大，易出故障，現(xiàn)在采用數(shù)字化儀表，精度高。本設(shè)計(jì)是對(duì)電阻爐溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制，設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基本的溫度控制功能：當(dāng)電阻爐溫度低于設(shè)定下限溫度時(shí)，系統(tǒng)對(duì)電阻爐發(fā)出加熱信號(hào)，使電阻爐溫度上升，當(dāng)電阻爐溫度高于設(shè)定上限溫度時(shí)，系統(tǒng)使電阻爐停止加熱，使溫度下降，當(dāng)電子流溫度下降到下限溫度以下時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)使電阻爐繼續(xù)加熱。不斷重復(fù)該過程，使溫度始終保持在上下限溫度之間。LED燈即時(shí)顯示溫度。系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖如下圖21所示： 湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jī)指示燈圖21 控制器設(shè)計(jì)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(jī)AT89C52；(2)顯示部分采用4位LED 數(shù)碼管實(shí)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(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了以AT89C52單片機(jī)為檢測控制中心，將溫度控制在設(shè)定的范圍之內(nèi)。其主要的控制原理為：對(duì)被控對(duì)象的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，其主要是通過熱電偶傳感器將溫度轉(zhuǎn)變成模擬電信號(hào)，并由A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832 將所得的模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量送入單片機(jī)中。單片機(jī)將傳感器所采集到的溫度和事先設(shè)定的溫度進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)小于設(shè)定值時(shí)將發(fā)出信號(hào)啟動(dòng)加熱裝置；當(dāng)大于設(shè)定值時(shí)將關(guān)閉加熱裝置，從而使得被控溫度控制在一定的范圍之內(nèi)，達(dá)到實(shí)時(shí)控制的功能。整個(gè)控制器主要有以下功能：(1)被控溫度可以根據(jù)實(shí)際的需要設(shè)定；(2)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度值；(3)按鍵控制：a 、設(shè)置復(fù)位鍵、加一鍵、減一鍵、確定鍵；b、修改P、I、D系數(shù)；(4)越限報(bào)警。湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)4第三章 電阻爐溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖本系統(tǒng)以 STC89C52 單片機(jī)為核心，本系統(tǒng)選用 12MHZ 的晶振，使得單片機(jī)有合理的運(yùn)行速度,復(fù)位電路為按鍵高電平復(fù)位。STC89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)如圖 31 所示：圖 31 STC89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單 片 機(jī)在多數(shù)電子設(shè)計(jì)當(dāng)中，基于性價(jià)比的考慮，8 位單片機(jī)仍是首選。AT89C52 是一種低功耗/ 低電壓、高性能的 8 位單片機(jī)。片內(nèi)帶有一個(gè) 8KB 的 Flash 可編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器（EPROM）。它采用了 CMOS 工藝和 ATMEL 公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器（NURAM）技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 MCS51 兼容、片內(nèi)的 Flash 存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器編程器來編程。因此，AT89C52 是一湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)5種功能強(qiáng)、靈活性高，且價(jià)格合理的單片機(jī)，可方便地應(yīng)用在各種控制領(lǐng)域?；谏鲜鲞@些特點(diǎn)，這里選擇 AT89C52 單片機(jī)作為控制核心。因?yàn)閱纹瑱C(jī)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(jī) 的 主 控 單 元本部分主要介紹單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展，一般是以基本最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)的。所謂最小系統(tǒng)，是指一個(gè)真正可用的單片機(jī)最小配置系統(tǒng)，對(duì)于片內(nèi)帶有程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)，只要在芯片外接時(shí)鐘電路和復(fù)位電路就是一個(gè)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(fù)位電路及時(shí)鐘電路。AT89C52單片機(jī)：AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，器件采用ATMEL 公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)器， 128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，看門狗(WDT)，兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C52停止CPU的工作，但允許RAM、定時(shí)/ 計(jì)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(nèi)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(gè)硬件復(fù)位。AT89C52 單片機(jī)的引腳說明VCC： 供 電 電 壓 ； GND： 接 地 。湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)6P0是一個(gè)8位雙向 I/O端口，端口置1時(shí)作高阻抗輸入端，作為輸出口時(shí)能驅(qū)動(dòng) 8個(gè)TTL電平。對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收指令字節(jié)；校驗(yàn)程序時(shí)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(chǔ)器時(shí)，P0 口是分時(shí)轉(zhuǎn)換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線，訪問期間內(nèi)部的上拉電阻起作用。P1是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向I/0端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL電平。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平作輸入用。對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收低8位地址信息。P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/0端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL電平。端口置1 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平作輸入用。對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，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(chǔ)器時(shí)，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(chǔ)器時(shí)其引腳上的內(nèi)容在此期間不會(huì)改變。P3 口 ： P3 口 管 腳 是 8 個(gè) 帶 內(nèi) 部 上 拉 電 阻 的 雙 向 I/O 口 ， 可 接 收 輸 出 4 個(gè) TTL 門電 流 。 當(dāng) P3 口 寫 入 “1”后 ， 它 們 被 內(nèi) 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(shí) 器 0 外 部 輸 入 ） ； T1（ 記 時(shí) 器 1 外 部 輸 入 ） ； /WR（ 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 寫 選 通 ） ； /RD（ 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 讀 選 通 ） ； P3 口 同 時(shí) 為 閃 爍 編 程 和 編 程 校 驗(yàn) 接 收 一 些 控 制 信 號(hào) 。 RST： 復(fù) 位 輸 入 。 當(dāng) 振 蕩 器 復(fù) 位 器 件 時(shí) ， 要 保 持 RST 腳 兩 個(gè) 機(jī) 器 周 期 的 高 電 平 時(shí)間 。ALE/PROG： 當(dāng) 訪 問 外 部 存 儲(chǔ) 器 時(shí) ， 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(shí) ， ALE 端 以 不 變 的湖南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)7頻 率 周 期 輸 出 正 脈 沖 信 號(hào) ， 此 頻 率 為 振 蕩 器 頻 率 的 1/6。 因 此 它 可 用 作 對(duì) 外 部 輸 出 的脈 沖 或 用 于 定 時(shí) 目 的 。 然 而 要 注 意 的 是 ： 每 當(dāng) 用 作 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 時(shí) ， 將 跳 過 一 個(gè)ALE 脈 沖 。 如 想 禁 止 ALE 的 輸 出 可 在 SFR8EH 地 址 上 置 0。 此 時(shí) ， 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(chǔ) 器 的 選 通 信 號(hào) 。 在 由 外 部 程 序 存 儲(chǔ) 器 取 值 期 間 ， 每 個(gè) 機(jī) 器 周期 兩 次 /PSEN 有 效 。 但 在 訪 問 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 時(shí) ， 這 兩 次 有 效 的 /PSEN 信 號(hào) 將 不 出 現(xiàn) 。EA/VPP： 當(dāng) /EA 保 持 低 電 平 時(shí) ， 則 在 此 期 間 外 部 程 序 存 儲(chǔ) 器 ， 不 管 是 否 有 內(nèi) 部 程