电加热炉温度控制系统设计1
摘要在现实生活当中，很多场合需要对温度进行智能控制，日常生活中最常见的要算空调和冰箱了，他们都能根据环境实时情况，结合人为的设定，对温度进行智能控制。工业生产中的电加热炉温度监控系统和培养基的温度监控系统都是计算机控制系统的典型应用。通过这次课程设计，我们将自己动手设计一个小型的计算机控制系统，目的在于将理论结合实践以加深我们对课本知识的理解。本次设计采用单片机 89C51 及数字式温度传感器、数码管显示温度。数字式温度传感器将采集到的温度数据送入单片机，单片机将采集到的温度数据与设定值进行比较，若大于设定值，则电热炉关断，若小于设定值，则电热炉继续加热。对于设定的温度值的改变采用中断方式，当改变温度设定时，检测输入的信号，改变设定值，并在数码管上显示出设定值，此次设计初始设定值为100 摄氏度。关键字：温度自动控制、单片机、数码管目录1 设计内容及步骤 .11.1 设计要求.11.2 方案设计.11.3 设计思路.12 硬件设计 .22.1 主要硬件介绍.22.1.1 单片机.22.1.2 温度传感器.22.1.3 开关器件.22.2 电路设计方法.32.2.1 显示部分电路.32.2.2 温度检测电路.42.2.3 键盘电路.42.2.4 电气开关及工作电路.52.2.5 整体硬件设计及工作说明.53 软件设计 .63.1 数码管模块.63.2 按键中断输入模块.73.3 温度检测模块.83.4 主程序流程图.94 调试和分析 .105 课程设计心得体会 .12参考文献.13附录 1 整体电路图.14附录 2 源程序.1511 设计内容及步骤1.1 设计要求设计一个温度控制系统，并用软件仿真。功能要求如下：（1）能够利用温度传感器检测环境中的实时温度；（2）能对所要求的温度进行设定；（3）将传感器检测到得实时温度与设定值相比较，当环境中的温度高于或低于所设定的温度时，系统会自动做出相应的动作来改变这一状况，使系统温度始终保持在设定的温度值。1.2 方案设计达到技术要求的内容，需要以下几种器件：单片机、温度传感器、数码管、直流电动机等。其中单片机用作主控制器，控制其他器件的工作和处理数据；温度传感器用来检测环境中的实时温度，并将检测值送到单片机中进行数值对比；数码管显示屏用来显示温度；直流电动机用来表示电加热炉的工作情况，转动表示电加热炉通电加热，停止转动表示电加热炉断电停止加热。1.3 设计思路通过按键设定所需要的温度值，然后利用温度传感器检测电加热炉的实时加热温度，并送至单片机与设定值进行比较。若检测值小于设定值，则继电器得电，开关闭合，电加热炉导通加热；若检测值大于设定值，则继电器断开，开关断开，电加热炉断电停止加热。若炉温低于设定值，单片机又控制继电器闭合，继电器开关闭合，电加热炉开始导通加热。传感器检测到得温度值会在数码管显示屏上显示出来。当设定温度时，设定温度会在数码管上显示出来。22 硬件设计2.1 主要硬件介绍2.1.1 单片机这里选用 AT89C51 单片机作为控制系统的处理器。P30P33 作为按键输入端，采用中断方式 。P0 口作为数码管的段选端， P10P13 作为数码管的位选端。P17 作为温度传感器检测温度信号输入端。 P37 作为控制电热炉的信号输出端。2.1.2 温度传感器温度传感器选用 DS18B20 温度传感器。 数字温度传感器 DS18B20 具有单总线接口方式，支持多节点，使分布式温度传感器设计大为简化独特的单线接口方式，DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20 的双向通讯。测温范围55+125，固有测温误差 0.5。支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，最多只能并联 8 个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。工作电源为 35V/DC，在使用中不需要任何外围元件，测量结果以912 位数字量方式串行传送。2.1.3 开关器件由于单片机与电动机之间需要用开关器件连接， 并且前者用弱电控制，后者由强电控制，这就尤其需要注意安全问题 ，因此采用继电器 。继电器是由一个线圈和一个开关组成， 当线圈得电，就会使开关闭合，电动机回路工作。当线圈失电， 就会使开关 断开，电动机不工作。32.2 电路设计方法2.2.1 显示部分电路显示电路截图如下图 2.1 所示。图 2.1 显示部分电路图这里选用 4 位 7 段数码管作为系统的显示器件，如图 2.1 所示，P0 口作为数码管的段选端，由高到低分别与数码管 P07P00 连接 P0 口需接上拉电阻，位选端分别与 P13P10 连接，由于数码管显示数据中，位选线需要较大的电流驱动，而实际上 89C51 单片机管脚输出拉电流一般为十几到二十 mA，不足以驱动数码管，因此在位选线上要接驱动电路，起电流放大作用。数码管显示采用共阳极接法，在显示数据时，采用动态扫描法。42.2.2 温度检测电路温度传感器与单片机的连接情况如下图2.2 所示。图 2.2 温度检测电路图温度传感器 DS18B20 主要功能是将环境中的温度进行检测，并经放大及A/D 转换为数字量，存入其内部 RAM 的 9 个单元中。在读出其内部温度值时，必须要对其发出控制命令。2.2.3 键盘电路这里键盘设计采用中断方式，“SHEZHI”键是设置预定温度的，调整对象为预定温度。 “+”键是向上加温度值，“”键是向下减温度值，“SURE”键是确定温度调整完毕。在调整温度的过程中，数码管会显示调整的温度值。键盘电路如下图 2.3 所示。5图 2.3 键盘电路图2.2.4 电气开关及工作电路电器开关及工作电路如下图 2.4 所示。图 2.4 电气开关及工作电路图如图 2.4 所示，P37 接单片机的 P3.7 脚，电热炉用电动机来代替。当 P3.7为高电平，D2、D3 发光，NPN 导通，继电器得电，开关吸和，电动机工作；当 P3.7 为低电平，D2、D3 不发光，NPN 截止，继电器失电，开关断开，电动机不工作。2.2.5 整体硬件设计及工作说明系统的工作过程为：1.温度传感器检测温度与设定值进行比较，若检测温度小于设定值，则P3.7 脚保持高电平，发光二极管 D3、D2 发光，继电器工作， 开关吸和，电动机维持导通，相当于电炉继续加热。2.若检测温度大于设定值， P3.7 脚变为低电平，发光二极管 D2、D3不发光，继电器 不工作，开关断开， 使电动机和 D3 停止工作，这就相当于电炉断电，停止加热；3.当过一段时间后，炉温会降低，而温度传感器DS18B20 不断地检测炉温，当检测值低于设定值后，单片机又控制P3.7 脚恢复高电平，继电器工作，开关吸和 ，电动机和 D3 又开始工作，这相当于电炉从新开始加热。整体硬件电路图如 附录 1 所示。63 软件设计3.1 数码管模块对于数码管显示模块采用动态扫描，现将要显示温度的小数位送至数码管，小数点位置 1，小数点不亮，再选中数码管位选端第 4 位然后进行延时 66 微秒，再将数码管熄灭一下，再将个位送至数码管，同时小数点控制位至 0，点亮小数点，再选中第 3 位进行延时 66 微秒后熄灭，个位与百位显示原理与小数位相同。当这几位快速显示后再关断并且不断循环显示温度的这个过程，数码管就会显示出温度了。流程图如图 3.
