【正文】 摘要本次電氣課程設計的內容是應用計算機的實時監(jiān)控和溫度測量技術，采用單片機編寫軟件配合外圍顯示電路、鍵盤電路進行溫度的設定、顯示、監(jiān)測、控制；采用DS18B20溫度傳感器進行溫度檢測；采用繼電器作為弱電系統(tǒng)與強電系統(tǒng)的接口實現(xiàn)電阻爐爐溫的實時監(jiān)控。其宗旨是將所學的基本理論知識應用于實踐，例如自動控制原理、數(shù)字電路、模擬電路、單片機原理、計算機控制技術等多門課程可以在本次課程設計中得到綜合應用，能深刻的領悟了“弱電控制強電”的基本思想，在今后的工作和學習中將會起到積極作用。在最后系統(tǒng)的檢測中，設定溫度分別為35℃、40℃、55℃、60℃的情況下，℃，很好了滿足課題及實際應用的要求。關鍵詞單片機SCMSingle Chip Microputer/MCUMicro Controller Unit溫度控制temperature controller強電force electricity弱電weak electricity目錄0 引言1 課題綜述2 系統(tǒng)整體設計3 硬件設計4 軟件設計 DB18B20通信程序5 系統(tǒng)合成與檢測6 結論參考文獻附錄 單片機C語言源程序0 引言溫度是農業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學反應過程都與溫度密切相關，因此溫度控制是工業(yè)現(xiàn)代化的重要任務。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用最多的加熱設備，研究電阻爐溫度控制方法有常規(guī)的溫度儀表控制、模擬控制和計算機智能控制。溫度儀表不能滿足熱處理工藝的要求，溫度儀表以來實驗者的調節(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量過大、動態(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，當其溫度一旦超調就很難用控制手段使其降溫，因而很難用數(shù)學方法建立精確地模型和確定參數(shù)，無法達到溫度智能調節(jié)控制的理想效果。綜上，采用計算機進行智能控制能夠克服以上的種種缺點，而且還有很多優(yōu)勢，例如它的體積小、質量輕、價格便宜，應用和開發(fā)十分的便利，它在最大限度上以軟件代替了復雜硬件電路連接，是系統(tǒng)的結構更加簡單，便于安裝和使用，在系統(tǒng)綜合調試時，只需更改相應的軟件程序來提高控制算法的精度，而不必調整硬件電路，縮短了研發(fā)的周期，節(jié)約了時間，能在短期內獲得更大的市場利益。通過不斷改進控制算法使控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準確性、快速性等指標得到平衡，使電阻爐溫度控制達到超調量小、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。本課程設計報告詳細的論述了課題設計條件、系統(tǒng)整體設計、硬件電路設計、軟件控制算法設計和系統(tǒng)最后的合成與檢測，并附有單片機程序和詳細的操作方法。由于系統(tǒng)的復雜性和硬件使用要求以及人力、時間等方面的制約，考慮到系統(tǒng)的實時性和運算能力，系統(tǒng)并沒有采用復雜的處理算法和控制算法，一切以實用為主。對于溫度控制算法還有待進一步的研究和改進。同時，在電路保護方面的設計有待進一步地學習和實踐。單片微機是單片微型計算機SCMC（Single Chip Micro Computer）的譯名簡稱，在國內也常簡稱為“ 單片微機” 或“單片機” 。它包括CPU、RAM、ROM、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器、串行口和I/O等。除了工業(yè)控制領域，單片微機在家用電器、電子玩具、通信、高級音響、圖形處理、語言設備、機器人、計算機等各個領域迅速發(fā)展。目前單片微機的世界年產(chǎn)量已超過100億片，而在中國大陸地區(qū)的年應用量已達6億多片。8051是美INTEL公司在1980年推出的MCS51系列的第一個成員，MCS是INTEL公司的注冊商標。其它公司生產(chǎn)的以8051為核心單元的其它派生單片微機只能稱為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，比如PHILIPS 的83C552及51LPC系列等、SIEMENS 的SAB80512等、AMD(先進微器件公司) 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計中，在圖書館、網(wǎng)絡上大量搜集了前人研究的成果，使本次課程設計的起點得到提高，南京郵電大學自動化學院的王勇、鄧萍、仇永生三位老師給予了指導與協(xié)助，自動化學院科學技術協(xié)會的蔡紀源、錢錦城同學亦為課題項目的完成做出了貢獻，在此一并表示感謝！1 課題綜述：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，實現(xiàn)電阻爐爐溫的實時監(jiān)控。：（1）完成電阻爐溫度控制系統(tǒng)設計，包括硬件電路設計和軟件程序設計；（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定爐溫、實際爐溫以及恒溫時間；（4）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。元器件名稱數(shù)量電熱杯1個SL－1型51單片機綜合試驗箱（內含STC12C5A60S2單片機最小系統(tǒng)、面包板）1個DS18B20溫度傳感器1片USB下載線1條單線固態(tài)繼電器1個導線若干剪刀1把鑷子1個二極管1個電阻（阻值不同）3個紅外線遙控器1個2 系統(tǒng)整體設計系統(tǒng)的工作過程為：用鍵盤將溫度的設定值送入單片機，啟動運行后，通過由DS18B20構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，設定溫度值與實際溫度值比較進行控制運算后將控制量輸出，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置的上限極值時系統(tǒng)發(fā)出報警信號，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定溫度、實際溫度以及恒溫時間，各部分功能總結如下：①單片機：接受來自溫度傳感器的數(shù)據(jù)；進行控制運算；控制顯示電路、報警電路、繼電器電路；②顯示電路：能夠配合按鍵設定溫度，顯示設定溫度、實際溫度、控制時間；③溫度傳感器：采集溫度信息，并轉化成數(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)整體結構圖3 硬件設計本次設計使用的STC12C5A60S2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812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。以下是STC12C5A60S2系列單片機內部資源的簡要介紹： CPU，1T，單時鐘/機器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051；：STC12C5A60S2系列工作電壓：（5V單片機）STC12LE5A60S2系列工作電壓：（3V單片機）；：0 35MHz，相當于普通8051的 0～420MHz； /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K字節(jié)；；（36/40/44個），復位后為：準雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口），可設置成四種模式：準雙向口/弱上拉，推挽/強上拉，僅為輸入/高阻，開漏，每個I/O口驅動能力均可達到20mA，但整個芯片最大不要超過55Ma；7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應用可編程），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無內部EEPROM)；9. 看門狗；（外部晶體12M以下時，復位腳可直接1K電阻到地）；:，誤差為+/5%,，誤差為+/3%；：外部高精度晶體/時鐘，內部R/C振蕩器(溫漂為+/5%到+/10%以內) 1用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內部R/C振蕩器還是外部晶體/時鐘，常溫下內部R/C振蕩器頻率為：：11MHz～，：8MHz～12MHz，精度要求不高時，可選擇使用內部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，以實際測試為準； 兩個與傳統(tǒng)8051兼容的定時器/計數(shù)器,16位定時器T0和T1，沒有定時器2，但有獨立波特率發(fā)生器 做串行通訊的波特率發(fā)生器 再加上2路PCA模塊可再實現(xiàn)2個16位定時器；14. 2個時鐘輸出口，；,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（可編程計數(shù)器陣列,2路）：——也可用來當2路D/A使用——也可用來再實現(xiàn)2個定時器——也可用來再實現(xiàn)2個外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可分別或同時支持)；, 10位精度ADC，共8路，轉換速度可達250K/S(每秒鐘25萬次)(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定時器或PCA軟件實現(xiàn)多串口；19. STC12C5A60S2系列有雙串口，后綴有S2標志的才有雙串口，RxD2/()，TxD2/()；：40