【正文】 .......................................... 12 溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) ........................................... 14 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì) ......................................... 15 顯示電路的設(shè)計(jì) ............................................... 16 鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì) ............................................... 18 輸出控制電路的設(shè)計(jì) ........................................... 19 電 源電路的設(shè)計(jì) ............................................... 21 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ................................................ 23 溫度檢測(cè)流程圖 ............................................... 23 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） IV 軟件的主程序流程圖 ........................................... 24 輸入輸出程序流程圖 ........................................... 25 調(diào)功程序流程圖 ............................................... 25 溫度顯示流程圖 ............................................... 26 第 5 章 控制算法及濾波 .............................................. 27 數(shù)學(xué)建模與控制算法 ........................................... 27 數(shù)學(xué)建模 ................................................. 27 控制算法 ................................................. 28 數(shù)字濾波 ..................................................... 30 數(shù)字濾波的介紹 ........................................... 30 數(shù)字濾波的設(shè)計(jì) ........................................... 30 總 結(jié) .............................................................. 32 致 謝 .............................................................. 33 參考文獻(xiàn) ............................................................ 34 附錄 1：電阻式鍋爐的自動(dòng)控溫系統(tǒng)原理圖 .............................. 35 附錄 2：電阻式鍋爐的自動(dòng)控溫系統(tǒng)程序清單 ............................ 36 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 1 第 1 章 概 述 電阻加熱爐自動(dòng)控溫系統(tǒng)的研究背景及意義 溫度是科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)過(guò)程中 十分普遍但又非常重要的物理參數(shù)。檢測(cè)信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器放大后進(jìn)入多路開(kāi)關(guān)，多路開(kāi)關(guān)輪流檢測(cè) 3個(gè)通道的溫度信號(hào)后輪流輸出給 A/D 轉(zhuǎn)換器，最后將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率信號(hào)傳輸給單片機(jī)進(jìn)行處理。長(zhǎng) 春 工 業(yè) 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)、畢業(yè)論文 題 目 電阻 加熱 爐溫度控制系統(tǒng) 學(xué) 院 人文信息學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化 070922班 指導(dǎo)教師 王 霆 姓 名 劉塞北 2020年 6 月 3 日長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） I 摘 要 如今電阻爐被廣泛 應(yīng)用于各大工業(yè)領(lǐng)域，通過(guò)單片機(jī)的實(shí)時(shí)控溫來(lái)提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)對(duì)節(jié) 能環(huán)保也有著重大意義。PROM 24C01 來(lái)存儲(chǔ) 測(cè)量數(shù)據(jù)和調(diào)控參數(shù)，這樣就確保斷電后數(shù)據(jù)仍能被保存。 關(guān)鍵詞： AT89C2051 頻率 轉(zhuǎn)換 調(diào)整 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） II Abstract Now resistance heater is widely used in each industrial fields. Microcontroller is used to control temperature to improve production efficiency and product quality ， and it is important to the energy conservation and environmental protection． The design of the core processor as AT89C2051 microcontroller， with its to there sistance furnace temperature testing and control． Choose K type thermocouple as metal sensor， its advantage is low cost， high precision and choose 24C01 E178。如電力工業(yè)的鍋爐、冶金工業(yè)的電阻加熱爐、化學(xué)工業(yè)的反應(yīng)爐等設(shè)備，通過(guò)對(duì)溫度的控制與調(diào)節(jié)，才能確保產(chǎn)品的質(zhì)量及產(chǎn)量；而在日常生活中，電熱水器、微波爐、空調(diào)等常用電器也同樣需要對(duì)溫度進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)。并將此方案運(yùn)用于對(duì)電阻爐溫度進(jìn)行控制，達(dá)到調(diào)節(jié)時(shí)間短、響應(yīng)速度快且穩(wěn)態(tài)誤差 在 1? ℃ 的技術(shù)要求。 雖然我國(guó)也在不斷進(jìn)行電阻爐控制系統(tǒng)的研究，但與國(guó)外相比還是比較落后。最初電阻爐的發(fā)熱體為電阻絲 ，傳統(tǒng)方法大多采用儀表測(cè)溫，并通過(guò)控制交流接觸器的通斷時(shí)間比例來(lái)控制加熱功率。 論文研究的主要內(nèi)容 本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核 心控制溫度的控制系統(tǒng)，采 用 K 型熱電偶傳感器作為溫度傳感器 ,在溫度相應(yīng)變化時(shí)與設(shè)定值相比較，然后矯正，得到我們希望的值。本文主要進(jìn)行一下幾方面的工作 ： ，并對(duì)其國(guó)內(nèi)外的發(fā)展及現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)要說(shuō)明。 。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 4 存 儲(chǔ) 器鍵 盤(pán)顯 示 器單片機(jī)可 控 硅A / D 轉(zhuǎn) 換 器 溫 度 變 送 器電阻爐 圖 21 電阻爐溫度控制系統(tǒng)原理框圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換 器 的 選擇 論證 ADS8412 ADS8412 是德州儀器 公司推出的一款 2Msps 采樣速率的 16 位逐次逼近（ SAR）模數(shù)轉(zhuǎn)換器 。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 MAX1032 是 Maxim 公司最新推出的一種多通道、多量程、低功耗、分辨率為 14位的串行輸出模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 6V 及 177。 24V； （ 3）接口特性：數(shù)據(jù)和信號(hào)接口電平與 SPITM/QSPITM/MICROWIRETM 兼容，可以和供電電壓為 的據(jù)算計(jì)系統(tǒng)直接連接； （ 4） 采樣速率： 115ksps； （ 5） 基準(zhǔn)電壓： 可采用內(nèi)部基準(zhǔn)，也可采用外部基準(zhǔn)， 基準(zhǔn)電壓范圍為 ～。它是當(dāng)前最簡(jiǎn)單的一種高精度 V/F 轉(zhuǎn)換器。其特點(diǎn)是電阻溫度系數(shù)的范圍甚廣，材料加工容易、性能好，阻值在 1Ω ～100Ω 之間可供自由選擇，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)。 它們具有電阻溫度系數(shù)大、線(xiàn)性好、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點(diǎn)，多用于檢測(cè)精度要求比較高的場(chǎng)合，測(cè)量溫度在 200～ +500℃ 之間。 熱電偶溫度傳感器工作原理是建立在導(dǎo)體的熱效應(yīng)上。 由于本次設(shè)計(jì)的 測(cè)溫環(huán)境在 600～ 1000℃之間， 所以 選擇鎳鎘 鎳硅（ K 型）熱電偶溫度傳感器。 （ 2）寫(xiě)方 式： 2864A 提供了字節(jié)寫(xiě)入和頁(yè)寫(xiě)入兩種方式。 由于本次設(shè)計(jì)使用的是 AT90C2051 單片機(jī)，只有 20 個(gè)引腳，但 2864A 的擴(kuò)展方式需要與 74LS373 配合使用且占用 17 個(gè)引腳 ， 大量占用了單片機(jī)的引腳資源，所以不被采用。其特點(diǎn)如下： （ 1）存儲(chǔ)容量為 128 字節(jié)； （ 2）串行接口使用普通兩根 I/O 接口； （ 3）具有頁(yè)寫(xiě)入模式，每頁(yè) 4字節(jié)； （ 4）同步周期小于 10ms。平時(shí)無(wú)按鍵動(dòng)作時(shí)，行線(xiàn)處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線(xiàn)電平狀態(tài)將由 與此行線(xiàn)相連的列線(xiàn)電平?jīng)Q 定。所以必須將行、列線(xiàn)信號(hào)配合起來(lái)并作適當(dāng)?shù)奶幚恚拍苷_的確定閉合鍵的位置。 因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)只涉及四個(gè)按鍵，所以選擇獨(dú)立式按鍵。雙向可控硅串聯(lián)在 50Hz 交流電 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 9 源和加熱絲電路中，只需在給定周期里改變可控硅開(kāi)關(guān)的接通時(shí)間，就能改變電阻爐的加熱功率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)溫度的控制。 綜上所述，本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用雙向?qū)ňчl管對(duì)溫度進(jìn)行控制。 （ 2）工作電壓低，約為 2V。 動(dòng)態(tài)顯示掃描方式 LED 動(dòng)態(tài)顯示掃描方式是將所有 位 的 LED 段選線(xiàn) 相應(yīng)段 并聯(lián)在一起，由 1 個(gè) 8位 I/O 口控制，形成段選線(xiàn)的多路復(fù)用，這樣可以將電路簡(jiǎn)化 ，各位的共陰極或共陽(yáng)極分別由相應(yīng)的 I/O 口控制，從而實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。 LED 靜態(tài)掃描方式的接口編程容易，但缺點(diǎn)是占用較多的口線(xiàn)。根據(jù)以上 兩 個(gè)方面考慮，本設(shè)計(jì)選用 MCS51 系列的單片機(jī)AT89C2051，其優(yōu)點(diǎn)在于： （ 1）片內(nèi)含有 2K 字節(jié)的 Flash 程序存儲(chǔ)器， 128 字節(jié)的片內(nèi) RAM； （ 2）允許工作時(shí)鐘為 0～ 25MHz； （ 3）集成度高； （ 4）處理功能強(qiáng)大； （ 5）在市場(chǎng)上較為流行且性?xún)r(jià)比高。電阻 R1 和 R2為 10 KΩ ，電容 C 為 22μ F。 V/F 轉(zhuǎn)換器具有接線(xiàn)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，轉(zhuǎn)換精度高等特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)使用的就是現(xiàn)在使用較為廣泛的 LM331V/F 轉(zhuǎn)換器。由于 LM331 的 V/F 轉(zhuǎn)換關(guān)系成線(xiàn)性，所以我們可以根據(jù)采集到 的頻率數(shù)據(jù)知道模擬信號(hào)的大小，從而實(shí)現(xiàn)了模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。 溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 因?yàn)楸鞠到y(tǒng)要求的測(cè)溫環(huán)境在 600～ 1000℃之間，所以選擇 K 型熱電偶作為測(cè)溫 元 件 。若將 ADOP07 放大器的增益調(diào)整為 412 倍，則當(dāng) 0℃ 時(shí)， K型熱電偶的輸出為 0mV，當(dāng) 999℃ 時(shí)， K型熱電偶的輸出為 10V。 24C01 的工 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 16 作環(huán)境溫度為 55℃ ～ 125℃ 之間，標(biāo)準(zhǔn)工作環(huán)境為 +5V，但在 ～ 之間均可正常工作，最大工作電壓 ，功耗為 25mW，其引腳功能如下： SDA：串行數(shù)據(jù) /地址傳送； SCL：串行時(shí)鐘信號(hào)輸入； TEST：測(cè)試輸入端； NC：無(wú)連接。共陰極 LED 發(fā)光二極管為共陰極接低電平其系統(tǒng)工作，相反共陽(yáng)極 LED 發(fā)光二極管為共陽(yáng)極接高電平其系統(tǒng)開(kāi)始工作。熄燈對(duì)應(yīng)的段碼為 0FFH。 顯示電路的工作過(guò)程如下： AT89C2051 的串行口設(shè)定在方式 0 移位寄存器狀態(tài)下，串行數(shù)據(jù) 由 (RXD)接受 ，移位時(shí)鐘由 (TXD)送出。 鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)使用 89C2051 的 T1 口與一片移位寄存器 74LS164 構(gòu)成鍵盤(pán)輸入接口電路 ，其電路圖如圖 38 所示： 圖 28 鍵盤(pán)電路 鍵盤(pán)由 89C2051 的串行口驅(qū)動(dòng)， T1 為定時(shí)掃描計(jì)時(shí)器。 定式掃描工作方式： 單片機(jī)對(duì)鍵盤(pán)采用定時(shí)掃描方式，即每隔 一段 時(shí)間對(duì)鍵盤(pán)掃描一次。 如果有按鍵閉合，則檢查 F1，當(dāng) F1=0 時(shí)，表示仍未進(jìn)行除抖動(dòng)處理，將 F1置 1并中斷返回。本次設(shè)計(jì)的四個(gè)按鍵分別為加，減，后退，確定，按下“加”減則依次顯示 0～ 9 九個(gè)數(shù)字、小數(shù)點(diǎn)和滅燈，而“減”鍵則正好相反，“后退”鍵用于撤銷(xiāo)錯(cuò)誤輸入 ，“確定”鍵是當(dāng)輸入完畢后，按下“確定”鍵，開(kāi)始執(zhí)行程序。雙向可控硅由于正、反特性曲線(xiàn)具有對(duì)稱(chēng)性，所以它可在任意一個(gè)方向?qū)ā? MOC3061 采用雙列直插 6 引腳封裝形式， 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 20 器件有輸入輸出兩部分組成 ， 2腳