【正文】 摘要本次電氣課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容是應(yīng)用計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和溫度測量技術(shù)，采用單片機(jī)編寫軟件配合外圍顯示電路、鍵盤電路進(jìn)行溫度的設(shè)定、顯示、監(jiān)測、控制；采用DS18B20溫度傳感器進(jìn)行溫度檢測；采用繼電器作為弱電系統(tǒng)與強(qiáng)電系統(tǒng)的接口實(shí)現(xiàn)電阻爐爐溫的實(shí)時(shí)監(jiān)控。其宗旨是將所學(xué)的基本理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，例如自動(dòng)控制原理、數(shù)字電路、模擬電路、單片機(jī)原理、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等多門課程可以在本次課程設(shè)計(jì)中得到綜合應(yīng)用，能深刻的領(lǐng)悟了“弱電控制強(qiáng)電”的基本思想，在今后的工作和學(xué)習(xí)中將會(huì)起到積極作用。在最后系統(tǒng)的檢測中，設(shè)定溫度分別為35℃、40℃、55℃、60℃的情況下，℃，很好了滿足課題及實(shí)際應(yīng)用的要求。關(guān)鍵詞單片機(jī)SCMSingle Chip Microputer/MCUMicro Controller Unit溫度控制temperature controller強(qiáng)電force electricity弱電weak electricity目錄0 引言1 課題綜述2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)3 硬件設(shè)計(jì)4 軟件設(shè)計(jì) DB18B20通信程序5 系統(tǒng)合成與檢測6 結(jié)論參考文獻(xiàn)附錄 單片機(jī)C語言源程序0 引言溫度是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過程都與溫度密切相關(guān)，因此溫度控制是工業(yè)現(xiàn)代化的重要任務(wù)。對于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式、燃料、控制方案也有所不同。近年來隨著熱處理工藝廣泛應(yīng)用于加工過程，熱處理中溫度的控制精度和控制規(guī)律的優(yōu)劣直接影響到熱處理工藝的好壞。電阻爐熱處理工藝中應(yīng)用最多的加熱設(shè)備，研究電阻爐溫度控制方法有常規(guī)的溫度儀表控制、模擬控制和計(jì)算機(jī)智能控制。溫度儀表不能滿足熱處理工藝的要求，溫度儀表以來實(shí)驗(yàn)者的調(diào)節(jié)，不能精確地按照給定的溫度要求來控制；在模擬控制系統(tǒng)中，PID算法對大慣性、純滯后、非線性、時(shí)變性大的電阻爐溫度控制系統(tǒng)存在一定的缺陷，反映在控制曲線的超調(diào)量過大、動(dòng)態(tài)性能不穩(wěn)定。例如，其升溫單向性是由于電阻爐的升溫保溫是依靠電阻絲加熱，降溫則是依靠環(huán)境自然冷卻，當(dāng)其溫度一旦超調(diào)就很難用控制手段使其降溫，因而很難用數(shù)學(xué)方法建立精確地模型和確定參數(shù)，無法達(dá)到溫度智能調(diào)節(jié)控制的理想效果。綜上，采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行智能控制能夠克服以上的種種缺點(diǎn)，而且還有很多優(yōu)勢，例如它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜，應(yīng)用和開發(fā)十分的便利，它在最大限度上以軟件代替了復(fù)雜硬件電路連接，是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡單，便于安裝和使用，在系統(tǒng)綜合調(diào)試時(shí)，只需更改相應(yīng)的軟件程序來提高控制算法的精度，而不必調(diào)整硬件電路，縮短了研發(fā)的周期，節(jié)約了時(shí)間，能在短期內(nèi)獲得更大的市場利益。通過不斷改進(jìn)控制算法使控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性等指標(biāo)得到平衡，使電阻爐溫度控制達(dá)到超調(diào)量小、穩(wěn)定精度高的優(yōu)良控制效果，很好地滿足了熱處理工藝的要求。本課程設(shè)計(jì)報(bào)告詳細(xì)的論述了課題設(shè)計(jì)條件、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)、軟件控制算法設(shè)計(jì)和系統(tǒng)最后的合成與檢測，并附有單片機(jī)程序和詳細(xì)的操作方法。由于系統(tǒng)的復(fù)雜性和硬件使用要求以及人力、時(shí)間等方面的制約，考慮到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和運(yùn)算能力，系統(tǒng)并沒有采用復(fù)雜的處理算法和控制算法，一切以實(shí)用為主。對于溫度控制算法還有待進(jìn)一步的研究和改進(jìn)。同時(shí)，在電路保護(hù)方面的設(shè)計(jì)有待進(jìn)一步地學(xué)習(xí)和實(shí)踐。單片微機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)SCMC（Single Chip Micro Computer）的譯名簡稱，在國內(nèi)也常簡稱為“ 單片微機(jī)” 或“單片機(jī)” 。它包括CPU、RAM、ROM、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口和I/O等。除了工業(yè)控制領(lǐng)域，單片微機(jī)在家用電器、電子玩具、通信、高級音響、圖形處理、語言設(shè)備、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)等各個(gè)領(lǐng)域迅速發(fā)展。目前單片微機(jī)的世界年產(chǎn)量已超過100億片，而在中國大陸地區(qū)的年應(yīng)用量已達(dá)6億多片。8051是美INTEL公司在1980年推出的MCS51系列的第一個(gè)成員，MCS是INTEL公司的注冊商標(biāo)。其它公司生產(chǎn)的以8051為核心單元的其它派生單片微機(jī)只能稱為8051系列。80C51系列包括Intel公司的MCS51，又包括了以8051為核心單元的世界許多公司生產(chǎn)的單片微機(jī)，比如PHILIPS 的83C552及51LPC系列等、SIEMENS 的SAB80512等、AMD(先進(jìn)微器件公司) 的8053等、OKI(日本沖電氣公司) 的MSM80C154等、ATMEL公司的89C51等、DALLAS公司的DS5000/DS5001等、華邦公司的W78C51及W77C51等。在本次電氣控制課程設(shè)計(jì)中，在圖書館、網(wǎng)絡(luò)上大量搜集了前人研究的成果，使本次課程設(shè)計(jì)的起點(diǎn)得到提高，南京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院的王勇、鄧萍、仇永生三位老師給予了指導(dǎo)與協(xié)助，自動(dòng)化學(xué)院科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)的蔡紀(jì)源、錢錦城同學(xué)亦為課題項(xiàng)目的完成做出了貢獻(xiàn)，在此一并表示感謝！1 課題綜述：應(yīng)用計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和溫度測量技術(shù)，采用單片機(jī)、溫度檢測電路、溫度控制電路等，實(shí)現(xiàn)電阻爐爐溫的實(shí)時(shí)監(jiān)控。：（1）完成電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)；（2）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℃；（3）顯示電路能夠顯示設(shè)定爐溫、實(shí)際爐溫以及恒溫時(shí)間；（4）對其主電路和控制電路設(shè)計(jì)相應(yīng)的保護(hù)電路，使其安全可靠地工作。元器件名稱數(shù)量電熱杯1個(gè)SL－1型51單片機(jī)綜合試驗(yàn)箱（內(nèi)含STC12C5A60S2單片機(jī)最小系統(tǒng)、面包板）1個(gè)DS18B20溫度傳感器1片USB下載線1條單線固態(tài)繼電器1個(gè)導(dǎo)線若干剪刀1把鑷子1個(gè)二極管1個(gè)電阻（阻值不同）3個(gè)紅外線遙控器1個(gè)2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工作過程為：用鍵盤將溫度的設(shè)定值送入單片機(jī)，啟動(dòng)運(yùn)行后，通過由DS18B20構(gòu)成的信號采集電路將溫度信號采集到后，將輸出的數(shù)字量送入單片機(jī)，設(shè)定溫度值與實(shí)際溫度值比較進(jìn)行控制運(yùn)算后將控制量輸出，通過繼電器控制電阻爐的加熱，加熱過程中如果溫度超過了設(shè)置的上限極值時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號，提示操作人員。按鍵盤上的不同按鍵能使顯示電路分別顯示設(shè)定溫度、實(shí)際溫度以及恒溫時(shí)間，各部分功能總結(jié)如下：①單片機(jī)：接受來自溫度傳感器的數(shù)據(jù)；進(jìn)行控制運(yùn)算；控制顯示電路、報(bào)警電路、繼電器電路；②顯示電路：能夠配合按鍵設(shè)定溫度，顯示設(shè)定溫度、實(shí)際溫度、控制時(shí)間；③溫度傳感器：采集溫度信息，并轉(zhuǎn)化成數(shù)字量；④繼電器電路：控制電熱杯電流的通斷，即控制電熱杯的加熱與停止。 電阻爐溫度控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖3 硬件設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)使用的STC12C5A60S2系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快812倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S),針對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。以下是STC12C5A60S2系列單片機(jī)內(nèi)部資源的簡要介紹： CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051；：STC12C5A60S2系列工作電壓：（5V單片機(jī)）STC12LE5A60S2系列工作電壓：（3V單片機(jī)）；：0 35MHz，相當(dāng)于普通8051的 0～420MHz； /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K字節(jié)；；（36/40/44個(gè)），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口），可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏，每個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片最大不要超過55Ma；7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器 可通過串口（）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片；(STC12C5A62S2/AD/PWM無內(nèi)部EEPROM)；9. 看門狗；（外部晶體12M以下時(shí)，復(fù)位腳可直接1K電阻到地）；:，誤差為+/5%,，誤差為+/3%；：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部R/C振蕩器(溫漂為+/5%到+/10%以內(nèi)) 1用戶在下載用戶程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶體/時(shí)鐘，常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：：11MHz～，：8MHz～12MHz，精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂，以實(shí)際測試為準(zhǔn)； 兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,16位定時(shí)器T0和T1，沒有定時(shí)器2，但有獨(dú)立波特率發(fā)生器 做串行通訊的波特率發(fā)生器 再加上2路PCA模塊可再實(shí)現(xiàn)2個(gè)16位定時(shí)器；14. 2個(gè)時(shí)鐘輸出口，；,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,并新增支持上升沿中斷的PCA模塊， Power Down模式可由外部中斷喚醒，INT0/,INT1/,T0/, T1/, RxD/,CCP0/( ), CCP1/ ()；16. PWM(2路）/PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列,2路）：——也可用來當(dāng)2路D/A使用——也可用來再實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器——也可用來再實(shí)現(xiàn)2個(gè)外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可分別或同時(shí)支持)；, 10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S(每秒鐘25萬次)(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定時(shí)器或PCA軟件實(shí)現(xiàn)多串口；19. STC12C5A60S2系列有雙串口，后綴有S2標(biāo)志的才有雙串口，RxD2/()，TxD2/()；：40