【正文】 .............................................30 顯示子程序 ...................................................................................................................31 按鍵子程序 ...................................................................................................................32 PID 控制子程序 ............................................................................................................33結(jié) 論 ..............................................................................................................................................37參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................................38附錄 1:原理圖 ................................................................................................................................39附錄 2:程序 ....................................................................................................................................40致 謝 ..............................................................................................................................................49第一章 緒論 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計的背景、發(fā)展歷史及意義 隨著社會的發(fā)展，科技的進(jìn)步，以及測溫儀器在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，智能化已是現(xiàn)代溫度控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向 [4]。針對這種實(shí)際情況，設(shè)計一個溫度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實(shí)際意義 [1]。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 [4]。它的特點(diǎn)：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(shí)現(xiàn)在真空或控制氣氛中加熱等特點(diǎn)。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。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，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。溫度控制技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段：定值開關(guān)控制；PID控制；智能控制。PID控制大滯后、大慣性、時變溫度系統(tǒng)時，其控制品質(zhì)難以保證。本文以電阻爐為控制對象，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穩(wěn)定的范圍。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。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。使用自動溫度控制系統(tǒng)可以對生產(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行自動控制，保證生產(chǎn)的自動化、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。嵌入式系統(tǒng)雖然起源于微型計算機(jī)時代，但是微型計算機(jī)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(dú)立發(fā)展道路。將計算機(jī)做在一個芯片上，從而開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)時代。 設(shè)計內(nèi)容本設(shè)計的內(nèi)容是電阻爐溫度控制系統(tǒng)，控制對象是溫度。而以往溫度控制是采用模擬信號，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。不斷重復(fù)該過程，使溫度始終保持在上下限溫度之間。第二章 電阻爐溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計方案的論證與比較根據(jù)題目要求，溫度控制器是由核心處理模塊、溫度采集模塊、鍵盤顯示模塊、及控制執(zhí)行模塊等組成，所以本設(shè)計要考慮這些模塊器件的選型以及所設(shè)計出來的溫度控制器的可行性，其主要有以下幾種設(shè)計方案 [7]。此方案在理論上是可行的，所選器件的價格便宜，但8031內(nèi)部沒有程序存儲器,需要內(nèi)存擴(kuò)展，增加了電路的復(fù)雜性，且ADC0809是8位的模數(shù)轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換的精度很低，一般不能滿足控制的要求。數(shù)據(jù)的采集部分采用K型熱電偶傳感器，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分采用ADC0832，它改變傳統(tǒng)溫度測試方法,能在現(xiàn)場采集溫度數(shù)據(jù),并直接將溫度物理量變換為數(shù)字信號傳送到計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,測試溫度范圍為 270℃～ + 1300℃[9]?？刂齐娐凡糠植捎霉虘B(tài)繼電器以實(shí)行對被控溫度的控制,此方案電路簡單并且可以滿足一般的控制要求。這種方案不僅具有和方案二同樣的控制精度，而且整個電路的穩(wěn)定性比方案二更高，但是PLC的價格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單片機(jī)，其不適合大批量的生產(chǎn)，所以考慮到價格因素，此種方案不宜選擇。系統(tǒng)由單片機(jī)AT89C5溫度檢測電路、鍵盤顯示、顯示電路、溫度控制電路等部分組成。該電壓信號經(jīng)過溫度檢測電路轉(zhuǎn)換成與爐溫相對應(yīng)的數(shù)字信號進(jìn)入單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，通過液晶顯示器顯示溫度，同時將溫度與設(shè)定溫度比較，根據(jù)設(shè)定計算出控制量，根據(jù)控制量通過控制繼電器的導(dǎo)通和關(guān)閉從而控制電阻絲的導(dǎo)通時間，以實(shí)現(xiàn)對爐溫的控制。根據(jù)溫度變化慢，并且控制精度不易掌握的特點(diǎn)，我們設(shè)計了以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)。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)行對比，當(dāng)小于設(shè)定值時將發(fā)出信號啟動加熱裝置；當(dāng)大于設(shè)定值時將關(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)時控制的功能 [4]。 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 [7]。AT89C52 是一種低功耗/ 低電壓、高性能的 8 位單片機(jī)。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(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)的非易失性存儲器編程器來編程?；谏鲜鲞@些特點(diǎn)，這里選擇 AT89C52 單片機(jī)作為控制核心。Vcc，電源端； GND，接地端 [6]。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。小系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的基石。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，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。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。AT89C52 單片機(jī)的引腳說明 [13]VCC： 供 電 電 壓 ； GND： 接 地 。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接收指令字節(jié)；校驗(yàn)程序時輸出指令字節(jié)，需要接上拉電阻。P1是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向I/0端口。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平作輸入用。P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/0端口。端口置1 時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平作輸入用。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。P3 口 ： P3 口 管 腳 是 8 個 帶 內(nèi) 部 上 拉 電 阻 的 雙 向 I/O 口 ， 可 接 收 輸 出 4 個 TTL 門電 流 。 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 。 RST： 復(fù) 位 輸 入 。ALE/PROG： 當(dāng) 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 平 時 ， ALE 端 以 不 變 的頻 率 周 期 輸 出 正 脈 沖 信 號 ， 此 頻 率 為 振 蕩 器 頻 率 的 1/6。 然 而 要 注 意 的 是 ： 每 當(dāng) 用 作 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 時 ， 將 跳 過 一 個ALE 脈 沖 。 此 時 ， ALE 只 有 在 執(zhí) 行MOVX， MOVC 指 令 是 ALE 才 起 作 用 。 如 果 微 處 理 器 在外 部 執(zhí) 行 狀 態(tài) ALE 禁 止 ， 置 位 無 效 。 在 由 外 部 程 序 存 儲 器 取 值 期 間 ， 每 個 機(jī) 器 周期 兩 次 /PSEN 有 效 。EA/VPP： 當(dāng) /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(nèi) 部 程序 存 儲 器 。 在 FLASH 編 程 期 間 ， 此 引 腳 也 用 于 施 加 12V 編 程 電 源 （ VPP） 。XTAL2： 來 自 反 向 振 蕩 器 的 輸 出 。 該 反 向 放 大 器 可 以 配 置 為 片內(nèi) 振 蕩 器 。 如 采 用 外 部 時 鐘 源 驅(qū) 動 器 件 ， XTAL2 應(yīng)不 接 。本 設(shè) 計 STC89C52 單 片 機(jī) 的 P1 P1 P1 P17 口 接 的 是 四 位 按 鍵 ， 口和 口 接 LED 顯 示 ， X1 和 X2 接 的 是 晶 振 電 路 ， RESET 接 復(fù) 位 電 路 。單片機(jī)的復(fù)位是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，MCS51 單片機(jī)有一個復(fù)位引腳 RST，高電平有效。復(fù)位電路的基本功能是系統(tǒng)上電時，RC 電路充電，RST 引腳出現(xiàn)正脈沖，提供復(fù)位信號直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號，為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時，才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。調(diào)整 RC 常數(shù)會令對驅(qū)動能力產(chǎn)生影響。最常用的是內(nèi)部時鐘方式是采用外接晶振和電容組成的。系統(tǒng)的時鐘電路設(shè)計是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。晶振的頻率可以在 1MHz24MHz 內(nèi)選擇。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為 12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值為 30μF。XTAL1 是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2 則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應(yīng)直接加到 XTAL1，而 XTAL2 懸空。因此，我們首先要選擇合適的測溫元件，對溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。補(bǔ)償導(dǎo)線法：圖 27 補(bǔ)償導(dǎo)線法的連接圖冷端補(bǔ)償法：（1）將熱電偶的冷端置于放有冰水混合物的冰瓶中，使冷端溫度保持 0℃不變的方法稱為冰浴法。由于冰融化比較快，因而一般只適合在實(shí)驗(yàn)室中使用。（3）將熱電偶的冷端置于恒溫的空調(diào)房間中，使冷端溫度保持恒定。若冷端溫度高于 0 ?C，則 EAB（t，t 0）E AB（t，0 ?C）。 放 大 電 路運(yùn)算放大器使所有的線性電路中最重要的基本構(gòu)件。運(yùn)算放大器這一術(shù)語最早應(yīng)用于在模擬計算機(jī)中執(zhí)行默寫數(shù)學(xué)運(yùn)算的下限頻率為零赫茲的高增益放大器。早期的運(yùn)算放大器使用分立元件，但現(xiàn)在使用集成電路就更為方便了。因此，圖 29 所示的符號用來表示運(yùn)算放大器。 +同 向 輸 入 端反 向 輸 入 端 輸 出正 電 源負(fù) 電 源 12436578圖 29 運(yùn)算放大器的符號 圖 210 運(yùn)算放大器的封裝 溫度傳感器的選擇傳感器是檢測系統(tǒng)的第一個環(huán)節(jié)，其主要作用是將感知的被測非電量按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化為某一量值輸出，通常是電信號。傳感器所獲取的信息通常有物理量、化學(xué)量和生物量等，而經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后的信息多數(shù)為電量，如電阻、電容、電感、電壓、電流及頻率與相位的變化等，它是實(shí)現(xiàn)自動化檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié) [4]。一般情況下經(jīng)過一次變換后的信息具有以下特點(diǎn)：（1） 輸出電信號通常為模擬量；（2） 輸出電信號一般較微弱；（3） 輸出電信號的信號噪聲比較小，甚至有用信號淹沒在噪聲之中；（4） 傳感器的輸入輸出特性通常存在一定的非線性，并易受環(huán)境溫度及周圍電磁干擾的影響；（5） 傳感器的輸出特性與電源的定性等有關(guān)，通常要求恒壓或恒流供電。傳感器的選擇受到很多因素的影響，首先是各種溫度傳感器自身的優(yōu)缺點(diǎn)，其次是各種不同的環(huán)境因素，還有就是系統(tǒng)所要求實(shí)現(xiàn)的精度等，所以在不同的設(shè)計當(dāng)中溫度傳感器的選擇也將不同 [16]。它是利用兩種不同材料的金屬連接在一起，構(gòu)成的具有熱電效應(yīng)原理的一種感溫元件。目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用產(chǎn)品中。方案二：熱電阻傳感器熱電阻傳感器的原理是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。它的主要特點(diǎn)是：測量精度高，性能穩(wěn)定。從熱電阻的測溫原理可以知道，被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來表現(xiàn)的。為消除引線電阻的影響，一般采用三線制或四線制。方案三：半導(dǎo)體集成模擬溫度傳感器半導(dǎo)體IC溫度傳感器是利用半導(dǎo)體PN 結(jié)的電流、電壓與溫度變換關(guān)系來測溫的一種感溫元件。IC溫度傳感器在微型計算機(jī)控制系統(tǒng)中，通常用于室溫或環(huán)境溫度的