于基单片机的电阻炉温度控制系统设计大学说明书理工类.doc
《于基单片机的电阻炉温度控制系统设计大学说明书理工类.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《于基单片机的电阻炉温度控制系统设计大学说明书理工类.doc(59页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、基于单片机的电阻炉温度控制系统设计学 院自动化学院专 业自动化班 级XXXX学 号XXXXXX姓 名snowcafe指导教师XXXqq597997026沈阳航空航天大学2010年6月沈阳航空航天大学毕业设计(论文)摘 要在工业生产过程中,往往需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉的温度进行检测和调节,因此需要一种合适的系统对其温度进行精确控制,由于单片机具有低功耗、高性能、可靠性好、易于产品化等特点,因此采用单片机对温度进行控制不仅节约成本,控制方法灵活多样,并且可以达到较高的控制精度,从而能够大大提高产品的质量,因此单片机被广泛应用在中小型控制系统中。本论文以电阻炉为研究对象,开发了基于单片机的
2、温度控制系统。本温度控制系统按功能分主要包括温度传感器模块、数据处理模块、温度显示/设定模块和温度控制模块。温度传感器采用了数字式温度传感器DS18B20,对温度进行实时采样并将模拟信号转换成数字信号返回给单片机。系统可通过键盘对电阻炉水温进行预设,单片机根据当前炉内温度和预设温度进行运算,控制输出宽度可调的PWM方波,并由此控制双向可控硅的导通和关断来调节电热丝的加热功率,从而使水温迅速达到预设值并保持恒定不变。设计过程中,首先进行软件设计和开发,使系统功能模块化并分别通过Proteus软件进行仿真,实现功能后对硬件进行了综合设计,并且反复论证、测试各器件参数以使其稳定运行,最终使得此系统实
3、现了温度的恒温控制。关键词:单片机;温度传感器;可控硅;温度控制Design and Implementation of a Temperature Control System Based on the Single Chip MicrocontrollerAbstractIn the industrial production process, often require various types of furnace, heat treatment furnace, reactor temperature detection and regulation, so it needs a
4、proper system of precise control of its temperature, as low power consumption single chip, high performance, reliability, easy-to-market commodity and so on, so to control the temperature using SCM not only save on cost, control method of flexible and diverse, and can achieve higher precision, which
5、 can greatly enhance the quality of the product, so SCM is widely used in the Small control system. In this study, the Temperature Control System design. As a typical application Temperature Control System is the integrated use of the computer theory, control theory, analog electronics, digital cont
6、rol technology, keyboard, display technology, and many other areas of knowledge. Temperature sensor uses digital temperature sensor DS18B20, real-time sampling of the temperature and analog signals into digital signals back to the SCM. System can be preset through the keyboard on the temperature, mi
7、crocontroller based on the current temperature and the preset temperature of the furnace operation, PWM control output square wave with adjustable width, and thus control the triac on-and off to regulate the electric wire heating power, so that the water temperature quickly reach and maintain consta
8、nt preset value. The design process, first of all the software design and development, making the system functional module and through the Proteus software simulation, respectively, to achieve feature an integrated design of the hardware, and repeated demonstration, testing the device parameters to
9、make it stable operation, and ultimately make This system has realized the constant temperature control. Keywords: MCS-51, temperature sensor, SCR,temperature control目 录1 绪论11.1 简介11.2 课题研究的内容及要求21.2.1 课题的主要研究的内容21.2.2 本系统的功能31.3 本文的主要内容31.4 方案141.5 方案241.6 方案论证52 电阻炉温度控制系统工作原理62.1 温度控制总体设计方案62.2 温度
10、传感器模块72.2.1 DS18B20基本知识72.2.2 DS18B20产品的特点82.2.3 DS18B20的引脚介绍82.2.4 DS18B20的4个主要部件102.2.5 温度采集模块电路图122.3 数据处理模块132.3.1 单片机的发展方向132.3.2 STC89C52系列主要性能参数132.3.3 STC89C52存储器配置172.4 温度显示模块/设定模块212.4.1 温度显示部分222.4.2 温度设定部分262.4.3 温度显示/设定模块电路图262.5 温度控制模块282.5.1 可控硅BTA16282.5.2 光电偶合器MOC3021312.5.3 温度控制模块电
11、路图323 系统软件设计333.1 系统主程序333.2 温度采集子程序343.3 显示子程序343.4 温度设定子程序343.5 控制算法354 温度控制系统Proteus仿真374.1 仿真说明374.2 仿真结果374.3 结论39参考文献40致 谢41附录 程序清单42III1 绪论1.1 简介及时准确地得到温度信息并对其进行适时的控制,在许多工业场合中都是重要的环节.水温的变化影响各种系统的自动运作,例如冶金、机械、食品、化工各类工业中,广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等,对工件的水处理温度要求严格控制。对于不同控制系统,其适宜的水质温度总是在一个范围。超过这个范围,系统或许会
12、停止运行或遭受破坏,所以我们必须能实时获取水温变化。对于,超过适宜范围的温度能够报警。同时,我们也希望在适宜温度范围内可以由检测人员根据实际情况加以改变。单片机对温度的控制是工业生产中经常使用的控制方法。从1976年Intel公司推出第一批单片机以来,80年代单片机技术进入快速发展时期,近年来,随着大规模集成电路的发展,单片机继续朝快速、高性能方向发展。单片机主要用于控制,它的应用领域遍及各行各业,大到航天飞机,小至日常生活中的冰箱、彩电,单片机都可以大显其能。单片机将微处理器、存储器、定时/计数器、I/O接口电路等集成在一个芯片上的大规模集成电路,本身即是一个小型化的微机系统。单片机技术与传
13、感与测量技术、信号与系统分析技术、电路设计技术、可编程逻辑应用技术、微机接口技术、数据库技术以及数据结构、计算机操作系统、汇编语言程序设计、高级语言程序设计、软件工程、数据网络通信、数字信号处理、自动控制、误差分析、仪器仪表结构设计和制造工艺等的结合,使得单片机的应用非常广泛。同时,单片机具有较强的管理功能。采用单片机对整个测量电路进行管理和控制,使得整个系统智能化、功耗低、使用电子元件较少、内部配线少、成本低,制造、安装、调试及维修方便。随着电视监视器材、计算机技术的日益发展,图形监视系统在电视系统或监控场所得到了广泛地应用。用图形来实时显示被控对象(摄像机、终端设备等)在操作过程中的状态,
14、具有清晰明了、形象直观且可以及时处理反馈信息。它比数字仪表包含的信息量大得多,因此使现场监控人员的工作方式得到了改进,效率也由此得到了很大的提高。现场电视监控系统由实时控制系统、监视系统及管理信息系统组成。实时控制系统完成实时数据采集处理、存储、反馈的功能;监视系统完成对各个监控点的全天候的监视,能在多操作控制点上自动或手动切换多路图像,能遥控前端设备,能使摄像镜头自动对焦等;管理信息系统完成各类所需信息的采集、接收、传输、加工、处理,是整个系统的控制核心。目前的图形实时监控软件通常用VC或VC+开发,它具备编译各种可视化程序的功能,可以使计算机通过监控界面达到对被控对象的各种实时操控。 因此
15、,本毕业设计选择设计一个水温控制系统,采用单片机进行控制的水温自动控制电路,使系统能简单的实现温度的控制及显示,AT89C51单片机优秀的实时控制功能、灵活的编程能力有机的结合起来,并且通过软件编程能实现各种控制算法,使系统具有控制精度高的特点,对实现对水温的自动控制,具有重大的现实意义。不但能用于学校的实验教学及其它一些研究课题的开发,同样能用于工厂多点温度的控制,提高工业企业自动化水平。1.2 课题研究的内容及要求本次的毕业设计的题目是单片机水温控制系统设计。它是多种技术知识的结合,不仅涉及到软件的设计,而且还将应用电子技术与单片机的应用技术有机结合,使其具有精度高、测量误差小、稳定性好等
16、特点。电路板的设计技术和机械加工工艺的巧妙结合,使其具备了显示直观、体积做工精细等特点,能为它在其它领域的广泛应用打下良好的基础。因为经过我们调查发现许多应用场合原来就有测温控温仪器,只是随着对生产质量与生产需要的要求在不断地提高,以往的那些测温控温的仪器根本不能满足现在的要求。其中,有部分应用场合对精度提高的幅度要求也不是特别高。因此,为了提高性价比,我所设计的系统提出在原有系统的基础上进行一些简单的改良,以此为出发点,主要阐述的是水温自动控制系统的一种实现方法。1.2.1 课题的主要研究的内容本文所要研究的课题是基于单片机控制的水温控制系统的设计,主要是介绍了对水箱温度的显示,实现了温度的
17、实时显示及控制。水箱水温控制部分,提出了用DS18B20、STC89C52单片机及LCD的硬件电路完成对水温的实时检测及显示,而炉内温度控制部分,由DS18B20检测炉内温度,用中值滤波的方法取一个值存入程序存取器内部一个单元作为最后检测信号,并在LCD中显示。控制器是用STC89C52单片机,用设定的算法对检测信号和设定值的差值进行调节后输出PWM控制信号给执行机构,去调节电阻炉的加热功率,从而控制炉内温度。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点,特别适合于构成多点的温度测控系统,可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理,而且每片DS18B20都有唯一的产品号,可以一
18、并存入其ROM中,以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂接任意多个DS18S20芯片。从DS18S20读出或写入DS18S20信息仅需要一根口线,其读写及其温度变换功率来源于数据总线,该总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电,而且不需要额外电源。同时DS18B20能提供九位温度读数,它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统。而且利用本次的设计主要实现温度测试,温度显示,温度门限设定,超过设定的门限值时自动启动加热装置等功能。而且还要以单片机为主机,使温度传感器通过一根口线与单片机相连接,再加上温度控制部分和人机对话部分来共同实现温度的监测与控制。1.2.2 本系统的功能本系统实现其具体
19、控制功能如下:(1)能够连续测量水的温度值,用1602LCD液晶来显示水的实际温度。(2)能够设定水的温度值,设定范围是3090。(3)用单片机STC89C52控制,通过按键来控制水温的设定值,并保持恒定不变。(4)误差11.3 本文的主要内容本文中具体做了如下几方面工作:(1)水温控制系统硬件的设计水温控制系统硬件设计主要包括STC89C51单片机、温度传感器模块、温度控制模块、显示模块、按键模块的介绍。(2)水温控制系统软件的设计借助Keil C51开发工具,以C语言为开发语言,开发了单片机系统的温度检测与控制程序模块、对温度传感器模块、显示模块、温度控制模块进行控制,键盘导入设定的温度,
20、使其与实际温度进行运算并输出。(3)水温控制系统的仿真以Proteus为基础,画出电路图加载各模块,加载程序并模拟实际电路的运行状态并进行仿真。1.4 方案1该案由单片机、模拟温度传感器AD590、运算放大器、AD转换器、LCD显示电路、集成功率放大器、报警器组成。该方案采用模拟温度传感器AD590作为测用运算放大器交给信号进行适当的放大,最后通过模数转换器将模拟模拟信号转换成数据信号,传给单片机,单片机将温度值进行处理之后用LCD显示,当温度值超过设定值时开始报警。如图1所示:模拟温度 传感器运算放大器A/D转换键盘 单片机LCD 显示模块集成功放报警器图1 方案一 温度测量系统方案框图1.
21、5 方案2该方案使用了STC89C51单片机作为控制核心,以智能温度传感器DS18B20为温度测量元件,通过键盘模块对温度上、下限设置。显示电路采用LCD1602模块,如图2所示:温度传感器DS18B20STC89C52单片机基本控制系统LCD显示键盘双向可控硅电炉加热器采集图2 方案二 温度测量系统方案框图1.6 方案论证1方案一的论证:采用模拟温度传感器,转换结果需要经过运算放大器传给处理器。它控制虽然简单,但电路复杂,不容易实现对多点温度测量和监控。由于采用了多个分立元件和模数转换器,不容易出现误差,测量结果不是很准确,因此本方案并不可取。2方案二的论证:采用智能温度传感器DS18B20
22、,它直接输入数字量,精度高,电路简单,只需要模拟DS18B20的读写时序,根据DS18B20的协议读取转换的温度。此方案硬件电路简单,但程序设计复杂一些,但是在课题外对DS18B20、字符型液晶显示有所了解,而且曾经在网上看过此类程序设计,并且我们已经使用开发工具KEIL 用C语言对系统进行了程序设计,用仿真软件PROTEUS对系统进行了仿真,达到了预期的效果。由此可见,此方案的可行性,体现了技术的先进性,经济上也没有任何问题。综上所述,本课题应当采用方案二对系统进行设计。2 电阻炉温度控制系统工作原理2.1 温度控制总体设计方案本系统以STC89C52为核心,以KEIL为系统程序开发平台,以
23、C语言进行程序设计,以PROTEUS作为仿真软件设计而成的。所设计的温度控制主要由单片机、温度采集模块、温度显示模块、温度控制模块、按键设定模块五部分组成。对于温度控制,采用单片机STC89C52组成的自动控制系统,其系统硬件总体方框图如图3所示:采样电路输出温度被控对象晶闸管主电路驱动电路89c51控制电路温度给定值图3系统总体方框图在图3中,温度传感器采用单总线数字温度传感器DS18B20;LCD液晶显示器,使用其动态显示方式,实时显示DS18B20采集到的水温温度。水箱的水大约为1升,电热炉功率为400W;按键设定分为设置按键+1(PLUS),-1(SUBS)功能,其特点是:可通过UP和
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 单片机 电阻炉 温度 控制系统 设计 大学 说明书 理工类
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【丰****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【丰****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。