【正文】 ..................................................................................... 13 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) ............................................................................................. 15 軟件設(shè)計(jì)思路 ................................................................................................................ 15 主程序流程圖 ................................................................................................................ 15 溫度檢測(cè)與處理子程序 ......................................................................................... 16 報(bào)警子程序 .......................................................................................................... 17 PID 子程序 ........................................................................................................... 18 顯示流程圖 .......................................................................................................... 19 鍵盤掃描流程圖 ................................................................................................... 20 鍵盤處理流程圖 ................................................................................................... 21 D/A 轉(zhuǎn)換子程序流程圖 .......................................................................................... 22 ........................................................................................................ 23 ........................................................................................................ 24 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................ 25 附錄 A：硬件原理圖 ........................................................................................ 26 附錄 B：程序 .................................................................................................. 27 物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 第 1 章 緒論 課題研究的背景及意義 20 世紀(jì) 20 年代以來，電阻爐就在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛地應(yīng)用。在這些工業(yè)生產(chǎn)中，溫度的測(cè)量及控制影響著生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率等重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，電阻爐溫度控制的穩(wěn)定性、精度、可靠性等要求也逐步提高?；诖?，設(shè)計(jì)一種智能 化的電阻爐溫度控制系統(tǒng)有廣泛的應(yīng)用前景及實(shí)際意義。它的特點(diǎn)是： ①電路簡(jiǎn)單； ②對(duì)爐料種類的限制較少；（小型電阻爐可用來加熱食品、干燥木材）； ③爐溫控制精度高； ④容易在真空中加熱等特點(diǎn)。 電阻爐的參數(shù)有工作空間尺寸、額定溫度、額定電壓、額定功率。 電阻爐的溫度控制主要有： 傳統(tǒng) PID 控制； 智能控制。 PID 控制對(duì)于確定了的溫度系統(tǒng)控制效果較好，但是對(duì)控制大慣性、大滯后、時(shí)變性溫度系統(tǒng)則難以保證其控制品質(zhì)。目前國(guó)內(nèi)較成熟的電阻爐溫度控制系統(tǒng)中，以 PID 控制器為主。 智能控制是一種不需要人操作就能驅(qū)動(dòng)智能機(jī)械來實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的自動(dòng)控制。具有自適應(yīng)、自協(xié)調(diào)、自學(xué)習(xí)等能力，使控制系統(tǒng)的控制精度、穩(wěn)定性、抗干擾能力等性能得到保證。 物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)總體思路 本設(shè)計(jì)的要求是是對(duì)工業(yè)電阻爐的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，溫度控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)的溫度控制和調(diào)節(jié)功能：當(dāng)電阻爐爐內(nèi)溫度低于所需要的溫度值時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的加熱信號(hào)，然后對(duì)電阻爐發(fā)加熱，使其溫度上升達(dá)到要求值；當(dāng)電阻爐爐內(nèi)溫度超過了需要溫度時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，然后系統(tǒng)將停止加熱電阻爐，使?fàn)t內(nèi)溫度下降。通過 PID 調(diào)節(jié)不斷重復(fù)該過程，使溫度值始終保持在給定溫度值，并在符合要求的精度之內(nèi)，并且使 LED 顯示器顯示電阻爐的溫度。 ℃； ，精度為177。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 本系統(tǒng)由單片機(jī)、 D/A 轉(zhuǎn)換器、 MAX667電阻爐、熱電偶傳感器等主要器件組成。 該系統(tǒng)首先用測(cè)溫元件 K 型熱電偶，爐中溫度物理量值轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出，送入 MAX6675 再經(jīng)過處理后，變成數(shù)字信號(hào)。然后單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)偏差進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)，并且在 LED顯示器上顯示該溫度值， D/A 轉(zhuǎn)換器將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為模擬電壓，功率放大器把電壓信號(hào)放大，送到晶閘管，使晶閘管的導(dǎo)通角的大小發(fā)生改變，從而電阻爐的加熱電壓也發(fā)生改變，起到控制溫度的作用。單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理核心及控制核心。 人機(jī)交互及串口通信：人機(jī)交互主要是為了提高系統(tǒng)的友好性和實(shí)用性。輸出顯示進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示輸出，通過按鍵輸入實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，而串口通信的主要作用是完成單片機(jī)與上位機(jī)的通信。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，使用自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)， 溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，充分保證產(chǎn)品的質(zhì)量，還能節(jié)省能源的消耗。 物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 溫度檢測(cè)部分 K 型熱電偶 熱電偶傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)化成電勢(shì)變化的傳感器。熱電偶將不同兩種的金屬 A和 B構(gòu)成一個(gè)回路，當(dāng)兩個(gè)接觸端溫度不同時(shí)，回路中產(chǎn)生熱 電 勢(shì)。 溫度信號(hào)處理芯片 MAX6675 該器件采用 8 位引腳的 SO 封裝，引腳圖如圖 所示。在每一個(gè)脈沖信號(hào)的下降沿 SO 輸出一個(gè)數(shù)據(jù)， 16 個(gè)脈沖信號(hào)完成一串完整的數(shù)據(jù)輸出，先輸出高電位 D15，最后輸出的是低電位 D0， D14D3 為相應(yīng)的溫度轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，共 12 位，其最小值為 0，對(duì)應(yīng)的溫度值為 0℃；最大值為 4095，對(duì)應(yīng)的溫度值為 ℃，分辨率為 ℃。溫度值與數(shù)字量的對(duì)應(yīng)關(guān)系 為：溫度值 =轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量 /4095。 物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 圖 溫度檢測(cè)電路 單片機(jī) STC89C52 是 STC 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案 。 本部分主要介紹單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。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。本電路的小系統(tǒng)主要由三部分組成，一塊 STC89C52 芯片、復(fù)位電路及時(shí)鐘電路。 RST：復(fù)位輸入。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào) PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令， 如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。 PO 口（ Pin39～ Pin32）： 8 位雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P1 口（ Pin1～ Pin8）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P2 口（ Pin21～ Pin28）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P3 口（ Pin10～ Pin17）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ STC89C52 的 P3 口的特殊功能介紹如下所示： 物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 /RXD 串行數(shù)據(jù)接收； /TXD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送； /INT0 外部中斷 0 申請(qǐng)； /INT1 外部中斷 1 申請(qǐng)； T0 定時(shí)計(jì)數(shù)器 0 輸入； T1 定時(shí)計(jì)數(shù)器 1 輸入； /WR 外部 RAM 寫選通； /RD 外部 RAM 讀選通； 本設(shè)計(jì) STC89C52 單片機(jī)的 口和 口接 LED 顯示， X1 和 X2 接的是晶振電路，RESET 接復(fù)位電路。最常用的是內(nèi)部 時(shí)鐘方式，是采用外接晶振和電容組成的。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。電容取 30PF 左右。 復(fù)位電路 整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與 Vcc 電源接通而實(shí)現(xiàn)的。 串行通信的主要功能是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 PC機(jī)的數(shù)據(jù)交換，當(dāng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析的時(shí)候，可以把數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，使用上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并且將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果又發(fā)送給單片機(jī)。計(jì)算機(jī)與外界的數(shù)據(jù)傳送大部分都是串行的，其傳送距離可以從幾米到幾千米。由于單片機(jī) I/O 口輸出的電流太小難以驅(qū)動(dòng)蜂鳴報(bào)警器器，所以設(shè)計(jì)了蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，具體電路連接如圖 ： 圖 報(bào)警電路圖 顯示電路 數(shù)碼管是把多個(gè) LED 晶體管顯示段集合在一起的一個(gè)具有顯示功能的設(shè)備。陽(yáng)極作為二極管的正極端，還叫做正極，陰極就是二極管的負(fù)極端，也稱作負(fù)極。然而多位數(shù)碼管，除 了有一位的公共端是連接在一起的，其他的不同位的數(shù)碼管相同端會(huì)連接在一起。他是利用了人的眼睛的視覺暫留特點(diǎn)，按次序通給每個(gè)數(shù)碼管公共端加上有效的信號(hào)，這個(gè)時(shí)候給該數(shù)碼管加有用的數(shù)據(jù)信號(hào)，等到全段掃描的速度大于視覺暫留速度時(shí)，它就會(huì)顯示出來。顯示內(nèi)容有溫度值的千位、百位、十位、個(gè)位。