畢業(yè)設計----單片機的電加熱爐溫度控制系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　畢業(yè)論文設計</b></p><p>　　題目：單片機的電加熱爐溫度控制系統(tǒng)設計 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著計算機技術、控制理論和控制技術的發(fā)展，電加熱爐的溫度控制技術日趨成熟，已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中的一個重要部分。</p><

2、p>　　本設計為基于單片機的電加熱爐溫度控制系統(tǒng)，通過控制電阻絲兩端電壓的工作時間，來控制電阻絲的輸出平均功率，從而實現(xiàn)對電加熱爐溫度的自動控制。系統(tǒng)分為溫度測量、A/D轉換、單片機系統(tǒng)、鍵盤操作系統(tǒng)、溫度顯示電路、報警電路、D/A轉換等若干個功能模塊。該系統(tǒng)具有硬件成本低，控溫精度較高，可靠性好，抗干擾能力強等特點。</p><p>　　關鍵詞：電加熱爐；單片機；溫度控制；固態(tài)繼電器 </p>

3、;<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p><b>　　目 錄II</b></p><p>　　第1章 控制系統(tǒng)設計1</p><p>　　1.1 系統(tǒng)基本結構1</p><

4、p>　　1.2 預期達到的性能指標1</p><p>　　1.3 溫度檢測電路及元器件選擇2</p><p>　　1.3.1 放大器AD5222</p><p>　　1.3.2 橋式測量電路設計3</p><p>　　1.4 單片機最小系統(tǒng)外圍電路3</p><p>　　1.4.1 單片機80513&

5、lt;/p><p>　　1.4.2 電源電路設計4</p><p>　　1.4.3 看門狗電路設計5</p><p>　　1.4.4 系統(tǒng)時鐘電路設計6</p><p>　　1.5 數(shù)據(jù)采集電路的設計7</p><p>　　1.5.1 模數(shù)轉換器AD5747</p><p>　　1.5.2

6、 多路轉換開關CD40519</p><p>　　1.6 鍵盤顯示接口技術及報警電路10</p><p>　　1.6.1 8279的組成及工作原理10</p><p>　　1.6.2 管腳功能說明12</p><p>　　1.6.3 8279與鍵盤顯示器的連接13</p><p>　　1.6.4 LED報警電

7、路的設計14</p><p>　　1.7 溫度控制電路設計15</p><p>　　1.8 溫度控制系統(tǒng)總電路圖16</p><p>　　第2章 溫控系統(tǒng)的軟件設計17</p><p>　　2.1 主程序流程圖17</p><p>　　2.2 鍵盤掃描和譯碼過程的流程圖18</p><

8、p>　　2.3 通道數(shù)據(jù)采集的流程圖18</p><p>　　2.4 單片機主程序流程圖19</p><p><b>　　結 論21</b></p><p><b>　　參考文獻22</b></p><p><b>　　致 謝23</b></p>

9、<p>　　第1章 控制系統(tǒng)設計</p><p>　　1.1 系統(tǒng)基本結構</p><p>　　本系統(tǒng)結構框如圖1.1所示，系統(tǒng)由8051單片機、溫度檢測電路、模數(shù)轉換電路、溫度控制電路、8279鍵盤顯示器等組成。爐內溫度由熱電阻測溫元件和電阻元件構成的橋式電路測量并轉換成電壓信號送給放大器的輸入端，使信號變成0-5V電壓信號，再經(jīng)多路轉換開關CD4051將信號送入A/D轉換器

10、，將此數(shù)字量經(jīng)過數(shù)字濾波，標度轉換后，一方面通過LED將爐溫顯示出來；另一方面，將該溫度值與被測溫度值比較，根據(jù)其偏差值的大小，采用比例微分控制（PID控制），通過固態(tài)繼電器控溫電路控制電爐絲的加熱功率大小，從而控制電爐的溫度，使其逐漸趨于給定值且達到平衡。</p><p>　　1.2 預期達到的性能指標</p><p>　　（1）可測控的溫度范圍0—1000℃ ；</p>

11、<p>　?。?）實時顯示溫度、越限報警；</p><p>　?。?）控制精度±2℃ ，顯示精度±1℃；</p><p>　?。?）實現(xiàn)一爐多點檢測，并可擴展多爐多點檢測。</p><p>　　圖1.1 系統(tǒng)結構框圖</p><p>　　1.3 溫度檢測電路及元器件選擇</p><p>　

12、　單片機溫度控制系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)就是溫度檢測元件的選擇以及測溫電路的設計。一般測量電路由測溫元件、信號調理電路、信號放大器等組成。本次設計采用的是pt100型鉑電阻溫度傳感器，因其測量范圍大，復現(xiàn)性好，穩(wěn)定性強等特點而被廣泛使用。放大器則選用單芯片高精度集成AD522。</p><p>　　1.3.1 放大器AD522</p><p>　　AD522是AD公司推出的高精度數(shù)據(jù)采集放大器，利

13、用它可在惡劣的環(huán)境下獲得高精度的數(shù)據(jù)。它的線性好，具有較高的共模抑制比、低電壓漂移和低噪聲的優(yōu)點。</p><p>　　圖1.2 AD522芯片</p><p>　　AD522采用14腳DIP封裝，圖1.2給出了AD522的引腳排列，表1給出了各引腳的功能說明。</p><p>　　表1.1 AD522芯片引腳功能圖</p><p>　　1.

14、3.2 橋式測量電路設計</p><p>　　測量電路由測溫元件和電阻元件構成的，如圖1.3所示，此電路為典型的橋式測量電路，可在低電壓、高阻抗、大噪聲的環(huán)境中獲得最佳性能。[2]</p><p>　　圖1.3 橋式測量電路</p><p>　　該橋式電路能夠把溫度變化所引起的熱電阻阻值的變化轉換成電壓信號送給放大器的輸入端，由于鉑電阻安裝在內，通過長導線接入控制臺

15、，為了減少引線電阻的影響采用三線制接法。</p><p>　　AD522是高精度集成放大器，AD522的第1引腳和第3引腳為信號差動輸入端；第2、14引腳外接電阻RG用于調整放大倍數(shù)；第4、6引腳為條零端；第13引腳為數(shù)據(jù)屏蔽端；第12腳為測量端；第11腳為參考端；這兩端的電壓差即為加到負載上的電壓信號。使用時，測量端與OUT輸出端（第7腳）在外部相連接，輸出放大后的信號。將信號地與放大器的電源地（第9腳）相連接

16、為放大器的偏置電流提供通路。</p><p>　　1.4 單片機最小系統(tǒng)外圍電路</p><p>　　1.4.1 單片機8051</p><p>　　8051有40條引腳。其中有2條主電源引腳，2條外接晶體引腳，4條控制或其它電源復用的引腳，32條I/O引腳，如圖1.4所示。</p><p>　　由于8051片內數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的地址有

17、限，因此需要擴展。</p><p>　　本次設計擴展了8K×8位紫外線擦除電可編程只讀存儲器2764和8K×8位靜態(tài)隨機存儲器6264，8051擴展如圖1.5所示。</p><p>　　圖1.4 8051芯片</p><p>　　圖1.5 8051單片機的外部擴展</p><p>　　1.4.2 電源電路設計</p&

18、gt;<p>　　由于系統(tǒng)用到的電源有5V、12V、15V，普通的5V直流穩(wěn)壓電源已不能夠滿足要求，所以需要設計一種5～15V電壓可調的直流穩(wěn)壓電源電路。</p><p>　　電源電路設計依據(jù)電子技術相關知識為基本原理，電路主要由取樣、基準電壓、比較放大、調整四部分組成[3]。原理框圖如1.6所示。</p><p>　　圖1.6 電源電路原理框圖</p><

19、;p>　　1.4.3 看門狗電路設計</p><p>　　在實際應用系統(tǒng)中，為了保證復位電路可靠的工作，常將RC電路接施密特電路后再接入單片機復位端；或采用專用的復位電路芯片。MAX813L是MAXIN公司生產(chǎn)的一種體積小、功耗低、性價比高的帶看門狗和電源監(jiān)控功能的復位芯片，其引腳圖如圖1.7，引腳功能如下：</p><p>　?。?）：手動復位輸入端，低電平有效。當該端輸入低電平保

20、持140ms以上，MAX813L就輸出復位信號。</p><p>　　（2）RESET：復位信號輸出端。上電時，自動產(chǎn)生200ms的復位脈沖（高電平）；手動復位端輸入低電平時，該端也產(chǎn)生復位信號輸出。</p><p>　　（3）WDI：看門狗輸入端。程序正常運行時，必須在小于1.6s的時間間隔內向該輸入端發(fā)送一個脈沖信號，以清除芯片內部的看門狗定時器，端輸出低電平。</p>

21、<p>　?。?）：看門狗信號輸出端。正常工作時輸出保持高電平，看門狗輸出時，該端輸出信號由高電平變?yōu)榈碗娖健?lt;/p><p>　?。?）PFI：電源故障輸入端。當該端輸入電壓低于1.25V時，端輸出低電平。</p><p>　?。?）：電源故障輸出端。電源正常時輸出保持高電平，電源電壓變低或掉電時，輸出由高電平變?yōu)榈碗娖健?lt;/p><p>　　（7）VC

22、C：工作電源，接+5V。</p><p>　?。?）GND：接地端。</p><p>　　圖1.7 MAX813L引腳圖</p><p>　　運行出現(xiàn)“死機”時的自動復位和隨時的手動復位。</p><p>　　為實現(xiàn)單片機死機時自動復位功能，需要在軟件設計中，P1.7不斷輸出脈沖信號（時間間隔小于1.6s），如果因某種原因單片機進入死循環(huán)，則

23、P1.7無脈沖輸出。于MAX813L與單片機的連接電路如圖1.8所示，該電路可以實現(xiàn)上電復位，程序是1.6s后在MAX813L的端輸出低電平，該電平加到端，使MAX813L產(chǎn)生一個200ms的復位脈沖輸出，使單片機有效復位，系統(tǒng)重新開始工作。</p><p>　　圖1.8 單片機與看門狗電路連接</p><p>　　1.4.4 系統(tǒng)時鐘電路設計</p><p>　　

24、時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需的時鐘信號。8051內部有一個高增益反向放大器，用于構成振蕩器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷諧振器，就構成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內部時鐘發(fā)生器。見圖1.9。外接晶振時C1、C2值常選擇為30pF左右；外接陶瓷諧振器時，C1、C2約為47pF。C1、C2對頻率有微調作用，振蕩頻率范圍是1.2～12MHz。</p&g

25、t;<p>　　內部時鐘發(fā)生器實質是一個二分頻的觸發(fā)器，其輸出信號是單片機工作所需的時鐘信號。一般要求，外接的脈沖信號應當是高、低電平的持續(xù)時間大于20ns，且頻率低于12MHz的方波。這種方式適合于多塊芯片同時工作，便于同步。</p><p><b>　　圖1.9 時鐘電路</b></p><p>　　1.5 數(shù)據(jù)采集電路的設計</p>

26、<p>　　數(shù)據(jù)采集在控制系統(tǒng)中是一個很重要的環(huán)節(jié)，其性質的好壞直接影響控制的精度，由于本次設計要求測量多點溫度值，所以選擇芯片CD4051為多路轉換開關，AD574為模數(shù)轉換器。</p><p>　　1.5.1 模數(shù)轉換器AD574</p><p>　　模擬量輸入接口的功能是把工業(yè)生產(chǎn)控制現(xiàn)場送來的模擬信號轉換成能接收的數(shù)字信號。</p><p>　　本

27、次設計選用的A/D轉換器為AD574。AD574是AD公司生產(chǎn)的12位逐次逼近型A/D轉換芯片，它將A/D轉換電路、基準電壓、時鐘、比較器、逐次逼近寄存器以及輸出緩沖存儲器等集成在一塊芯片上，并具有三態(tài)輸出。在一般情況下，無需加任何外部電路，只要接上+5V及-15V電源，加上模擬輸入，給出啟動轉換信號，即可實現(xiàn)12位A/D轉換。</p><p>　　AD574的主要特性指標如下：</p><p

28、>　?。?）分辨率 12位；</p><p>　?。?）轉換時間 25µs；</p><p>　?。?）轉換精度 ±2LSB；</p><p>　?。?）輸入信號 單極性或雙極性；</p><p>　?。?）電源 +5V及-15V；</p><p>　　

29、AD574可由+5V及-15V供電，輸入模擬電壓可以是單極性0至+10V，或者是雙極性+5V至-5V。輸入電壓極性可由BIP OFF引腳的連接方式而定。單極性輸入時BIP OFF接地，雙極性輸入時應懸空或接+5V電源。</p><p>　　在AD574由微處理器控制的情況下，可在初始化程序中將BC端置為高電平，DR端的狀態(tài)由芯片內部決定，其初始狀態(tài)也是高電平，此時輸出總線處于高阻狀態(tài)。當B/C端輸入低電平信號后，

30、AD574便開始轉換。此時，DR端及輸出端狀態(tài)不變，經(jīng)25µs后轉換結束，DR端變低,延時500ns后，數(shù)據(jù)線上出現(xiàn)轉換后的數(shù)據(jù)。當微處理器取完數(shù)據(jù)后轉換命令可撤去，B/C置高電平。在B/C變化后的1.5µs，DR線隨之自動變高，同時數(shù)據(jù)線呈現(xiàn)高阻，一次轉換即完成。注意上次B/C命令撤除與下一次給出新的轉換命令之間的時間間隔不得小于2µs，如果在轉換進行期間B/C線變高,那么這次轉換就停止，而且DR與數(shù)據(jù)線

31、狀態(tài)不變。</p><p>　　A/D轉換結束時，A/D轉換芯片會輸出轉換結束信號，通過CPU讀取轉換數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖1.10 AD547與8051的連接</p><p>　　1.5.2 多路轉換開關CD4051</p><p>　　多路轉換器又稱多路轉換開關，多路開關是用來切換模擬電壓信號的關鍵元件。利用多路開關可將各個輸入信

32、號依次地或隨地連接到公用放大器或A/D轉換器上。其原理圖如圖1.11。</p><p>　　圖1.11 CD4051原理圖</p><p>　　CD4051是單端的8通道開關，有三根二進制的控制輸入端和一根禁止輸入端INH（高電平禁止）。片上有二進制譯碼器，可由A、B、C三個二進制信號在8個通道中選擇一個，使輸入和輸出接通。而當INH為高電平時，不論A、B、C為何值，8個通道均不通。通道選

33、擇表如表1.2所示。</p><p>　　CD4051有較寬的數(shù)字和模擬信號電平，數(shù)字信號為3～15V，模擬信號峰－峰值為15VP-P；當VDD－VEE=15V，輸入幅值為15VP-P時，其導通電阻為80Ω；當VDD－VEE=10V時，其斷開的漏電流為±10PA；靜態(tài)功耗為1μW。</p><p>　　為了提高過程參數(shù)的檢測精度，對多路開關提出了較高的要求。理想的多路開關其開關電

34、阻為無窮大，其接通時的導通電阻為零。此外，還希望切換速度快、噪音小、壽命長、工作可靠。</p><p>　　表1.2 CD4051選通表</p><p>　　1.6 鍵盤顯示接口技術及報警電路</p><p>　　8279是一種通用的可編程鍵盤、顯示器接口芯片，能完成鍵盤輸入和顯示控制的功能，其中鍵盤部分提供掃描工作方式，可連接64個鍵的矩陣鍵盤，并具有自動消抖和多

35、鍵同時按下保護功能。顯示部分則提供了掃描方式的顯示接口?？膳c8位或者16位LED數(shù)碼管連接。8279用于單片機應用系統(tǒng)中，可以大大提高CPU的效率，并可使接口電路更具有通用性。[6] [7]</p><p>　　1.6.1 8279的組成及工作原理</p><p>　　8279主要由輸入/輸出控制、數(shù)據(jù)緩沖器、控制與定時寄存器、掃描計數(shù)器、回復緩沖器、FIFO傳感器RAM、顯示RAM、顯示

36、地址寄存器等電路組成。 </p><p>　　下面分別介紹各部分電路的工作原理。</p><p>　　(1)輸入/輸出控制及數(shù)據(jù)緩沖器</p><p>　　數(shù)據(jù)緩沖器足雙向緩沖器，它將內部總線和外部總線連通，用于傳送CPU和8279之間的命令和數(shù)據(jù)。輸入/輸出控制線控制/向各種內部寄行器和緩沖器發(fā)送或接受數(shù)據(jù)。CS是片選信號，只有當CS=0時，8279才被選通

37、，CPU才能對其進行讀寫操作。RD、WR是來自CPU的讀寫控制信號。 A0用于區(qū)別信息的特性，當A0=0時，表示輸入／輸出的信息均為數(shù)據(jù)；當A0＝1時，表示輸入/輸出的信息為指令，而輸出的信息是狀態(tài)字。</p><p>　　(2)控制與定時寄存器及定時控制</p><p>　　控制與定時寄存器用來寄存鍵盤和顯示的工作方式以及由CPU編程的其他操作方式。這些寄存器一旦接收并鎖存送來的命令，就

38、通過譯碼產(chǎn)生相應購控制信號，從而完成相應的控制功能。</p><p>　　定時控制包含基本的計數(shù)鏈，首級計數(shù)器是一個可編程的N級計數(shù)器，N可以在2～31之間由軟件編程，以便從外部時鐘CLK得到內部所需的100kHz時鐘。然后經(jīng)過分頻為鍵盤掃描提供適當?shù)闹鹦袙呙桀l率和顯示掃描時間。</p><p><b>　　(3)掃描計數(shù)器</b></p><p&

39、gt;　　掃描計數(shù)器有兩種工作方式，按編碼方式工作時，計數(shù)器做二進制計數(shù)，四位計數(shù)狀態(tài)從掃描線SL0～SL3輸出，經(jīng)外部譯碼器譯碼后，為鍵盤和顯示器提供掃描線。按譯碼方式時，掃描計數(shù)器的最低二位被譯碼后，從SL0～SL3輸出，因此SL0～SL3提供了4中取1的掃描譯碼。</p><p>　　(4)回復緩沖器、鍵盤去抖及控制</p><p>　　來自RL0～RL3的8根回復線的回復信號，由回

40、復緩沖器緩沖并鎖存。</p><p>　　在鍵盤工作方式中，回復線作為行列式鍵盤的行列輸入線。在逐行掃描時，回復線用來搜索每一行列中閉合的鍵，當某一鍵閉合時，去抖電路被置位，延時等待10ms后，再檢驗該鍵是否繼續(xù)閉和，并將該鍵的地址和附加的移位、控制狀態(tài)一起形成鍵盤數(shù)據(jù)送入8279內部FIFO（先進先出）存儲器。鍵盤數(shù)據(jù)格式如表1.3所示。</p><p>　　表1.3 FIFO存儲<

41、;/p><p>　　控制和移位D6、D7的狀態(tài)由兩個獨立的附加開關決定．而掃描（D5、D4、D3）和回復（D2、D1、D0）則是被按鍵置位的數(shù)據(jù)。D5、D4、D3來自動掃描計數(shù)器，是按下鍵的行列編，而D2、D1、D0則來自列計數(shù)器，它們是根據(jù)回復信號而確定的列編碼。</p><p>　　在傳感器開關狀態(tài)矩陣方式中，回復線的內容直接被送往相應的傳感器RAM（即FIFO存儲器)。在選通輸入方式中，

42、回復線的內容在CNTL/STB線的脈沖上升沿被送入FIFO存儲器。</p><p>　　(5)FIFO/傳感器及其狀態(tài)寄存器</p><p>　　FIFO/傳感器RAM是—個雙重功能的8×8RAM。在鍵盤或選通方式工作時，它是FIFO存儲器，其輸入或讀出遵循先入先出的原則。FIFO狀態(tài)寄存器用于存放FIFO的工作狀態(tài)。例如，RAM是滿還是空，其中存有多少數(shù)據(jù)，是否操作出錯等。當F

43、IF0存儲器不空時，狀態(tài)邏輯將產(chǎn)生IRQ＝1信號向CPU申請中斷。</p><p>　　在傳感器矩陣方式工作時，這個存儲器已變?yōu)閭鞲衅鞑皇谴鎯ζ?。它存放著傳感器矩陣中的每一個傳感器狀態(tài)。在此方式中，若檢索出傳感器變化，IRQ信號變?yōu)楦唠娖?，向CPU申請中斷。</p><p>　　(6)顯示RAM和顯示地址寄存器</p><p>　　顯示RAM用來存儲顯示數(shù)據(jù)，容量為

44、16×8位。在顯示過程中，存儲的顯示數(shù)據(jù)輪流從顯示寄行器輸出。顯示寄存器分為A、B兩組，OUTA0～3利OUTB0～3可以單獨送數(shù)，也可以組成一個8位的字。顯示寄存器的輸比與顯示掃描配合，不斷從顯示RAM中讀出顯示數(shù)據(jù)，同時輪流驅動被選中的顯示器件，以達到多路復用的目的，使顯示器件呈現(xiàn)穩(wěn)定的顯示狀態(tài)。</p><p>　　顯示地址寄存器用來存放由CPU進行讀/寫顯示的RAM地址，它可以由命令設定，也可以

45、設置成每次讀寫或寫入之后自動遞減。</p><p>　　1.6.2 管腳功能說明</p><p>　　8279采用40引腳封裝，其管腳如圖1.12所示。</p><p>　　圖1.12 8279管腳圖</p><p>　　·RESET（復位）：輸入線，當RESET=1時，8279復位，其復位狀態(tài)為16個字符顯示，編碼掃描鍵盤——雙鍵

46、鎖定，程序時鐘編程位31。</p><p>　　·（片選）：輸入線，當＝0時8279被選中，允許CPU對其讀、寫，否則被禁止。</p><p>　　·A0（數(shù)據(jù)選擇）：輸入線，當A0=1時，CPU寫入數(shù)據(jù)為命令字，讀出數(shù)據(jù)為狀態(tài)字；A0=0時CPU讀、寫的字節(jié)均為數(shù)據(jù)。</p><p>　　·、（讀、寫信號）：輸入線，低電平有效，來自C

47、PU的控制信號，控制8279的讀、寫操作。</p><p>　　·IRQ（中斷請求）：輸出線，高電平有效。</p><p>　　·SL0～SL3（掃描線）：輸出線，用來掃描鍵盤和顯示器，它們可以編程設定為編碼（4中取1）或譯碼輸出（16取1）。</p><p>　　·RL0～RL3（回復）線：輸入線，它們是鍵盤或傳感器矩陣的列（或行）信

48、號輸入線。</p><p>　　·SHIFT（移位信號）：輸入線，高電平有效。該輸入信號是8279鍵盤數(shù)據(jù)的次高位（D6），通常用來擴充鍵開關的功能，可以用做鍵盤上、下檔功能鍵。在傳感器方式和選通方式中，SHIFT無效。</p><p>　　·CNTL/STB（控制/選通）：輸入線，高電平有效。</p><p>　　在鍵盤方式工作時，該輸入信號是

49、鍵盤數(shù)據(jù)的最高位（D7），通常用來擴充鍵開關的控制功能，作為控制功能鍵使用。</p><p>　　·OUTA0～OUTA3（A組顯示信號）：輸入線。</p><p>　　·OUTB0～OUTB3（B組顯示信號）：輸出線。</p><p>　　這兩組引線都是顯示數(shù)據(jù)輸出線，與多位數(shù)字顯示的掃描線SL0～SL3同步。兩組可以獨立使用，也可以獨立使用。

50、</p><p>　　·（顯示消隱）：輸出線，低電平有效。該信號在數(shù)字切換或使用消隱命令時，將顯示消隱。</p><p>　　1.6.3 8279與鍵盤顯示器的連接</p><p>　　8279鍵盤/顯示器擴展電路如圖1.13所示。</p><p>　　該電路中，顯示器采用共陰極接法，由驅動器74LS05，7407對其進行驅動。鍵盤

51、為4×4矩陣式，采用行掃描對鍵盤按鍵進行查詢，從而調入相應指令。</p><p>　　圖1.13 8279鍵盤顯示電路原理圖</p><p>　　1.6.4 LED報警電路的設計</p><p>　　在單片機測控系統(tǒng)發(fā)生故障或處于某種緊急狀態(tài)時，單片機系統(tǒng)應能發(fā)出報警信號，本次設計采用的是鳴音報警。</p><p>　　壓電式蜂鳴器

52、約需10mA的驅動電流，因此，可以使用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅動，也可以用一個晶體三極管驅動，如圖1.14所示。</p><p>　　本次設計中，驅動器的輸入端接8051的P1.0。當P1.0輸出高電平“1”時，晶體管導通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而鳴叫；當P1.0輸出低電平“0”時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。</p><p>　　圖1.14 使用三極管作驅動的

53、蜂鳴報警圖</p><p>　　1.7 溫度控制電路設計</p><p>　　通過單片機控制交流固態(tài)繼電器調節(jié)負載的功率而達到調節(jié)溫度的目的。</p><p>　　固態(tài)繼電器控溫電路如圖1.15所示，采用Z型交流固態(tài)繼電器SSR，實現(xiàn)零觸發(fā)交流調功。SSR內設光電隔離電路，可減少與電網(wǎng)間的相互干擾，這是一種較先進的控制方法。</p><p>

54、　　圖1.15 溫控電路</p><p>　　MCS—51單片機的P27置1后，再清“0”，得到正脈沖經(jīng)反相后觸發(fā)555芯片，將有一個周期正弦波加到電爐絲上。單片機的P3.1控制555的2腳負脈沖在設定的周期T</p><p>　　內出現(xiàn)的個數(shù)，就可以控制電爐絲的加熱功率。</p><p>　　1.8 溫度控制系統(tǒng)總電路圖</p><p>　

55、　溫度控制系統(tǒng)總電路圖如圖1.16所示</p><p>　　第2章 溫控系統(tǒng)的軟件設計</p><p>　　該系統(tǒng)軟件設計主要分三部分：第一部分為主程序；第二部分為鍵盤中斷服務程序；第三部分是定時采樣及處理程序。</p><p>　　2.1 主程序流程圖</p><p>　　主程序流程圖如圖2.1所示。</p><p&g

56、t;　　圖2.1 主程序流程圖</p><p>　　主程序主要進行初始化，分配內存單元及設置定時器參數(shù)，以便為系統(tǒng)正常工作創(chuàng)造條件。由于本系統(tǒng)數(shù)據(jù)通道比較多，而且采樣數(shù)據(jù)為12位，（雙字節(jié)），加上一些給定值，如溫度上、下限報警給定值等，所占內存單元較多，故本系統(tǒng)同時使用內部RAM和外部RAM。主要任務是開機復位自檢，系統(tǒng)初始化，溫度采樣，數(shù)據(jù)處理，定時顯示爐溫以及控制量輸出。</p><p&g

57、t;　　2.2 鍵盤掃描和譯碼過程的流程圖</p><p>　　鍵盤掃描顯示主要完成鍵盤的粗掃描，判斷有無鍵按下，以及按下鍵值的位置，并延時以消除鍵的抖動。</p><p>　　圖2.2 鍵盤掃描及譯碼過程流程圖</p><p>　　2.3 通道數(shù)據(jù)采集的流程圖</p><p>　　數(shù)據(jù)采集是溫度控制不可缺少的部分。數(shù)據(jù)采集程序的主要任務是巡

58、回檢測爐內5個點的溫度參數(shù)，巡回檢測的方法是先把8個通道各采樣一次，然后再采第二次，第三次，……直到每個通道均采樣5次為止。</p><p>　　圖2.3 通道數(shù)據(jù)采集流程圖</p><p>　　2.4 單片機主程序流程圖</p><p>　　單片機主程序的主要任務是初始化MODEM，讀取數(shù)據(jù)并保存，并對鍵進行處理。</p><p>　　圖2

59、.4 單片機主流程圖</p><p><b>　　結 論</b></p><p>　　在本設計系統(tǒng)中，用8051單片機作為主控機，通過外部程序擴展電路來實現(xiàn)大容量的軟件程序的輸入承載量，通過數(shù)據(jù)采集通道來實現(xiàn)對爐內各處溫度的檢測，在鍵盤及顯示電路一體化的情況下來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的輸入及對采集到的數(shù)據(jù)進行顯示。在CPU中把數(shù)據(jù)進行進一步處理后一方面送去顯示,并判斷是否需要報警

60、；另一方面與給定值進行比較,然后根據(jù)偏差值進行控制計算。本文一方面結合實際應用經(jīng)驗，力求做到較為系統(tǒng)和全面的介紹系統(tǒng)設計與實施技術；另一方面盡可能反應出溫控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，以及其先進性和實用性。</p><p>　　本系統(tǒng)在硬件設計的基礎上，在軟件編程上選擇查詢方式，再進行相關的軟件設計和開發(fā)，通過所需的多機通信接口與總機的連接可實現(xiàn)實時監(jiān)控，不漏報的技術要求。，雖然目前的工業(yè)爐溫度控制技術已經(jīng)很先進，但為了適應

61、科學技術的不斷進步，對爐溫的控制技術還需進一步的提高。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 高海生.單片機及應用技術大全[M].成都：西南交通大學出版社,1996.</p><p>　　[2] 王福瑞.單片微機測控技術大全[M].北京：北京航空航天大學出版社,1999.</p><p&g

62、t;　　[3] 沙占友.新型單片機開關電源的設計與應用[M].北京：電子工業(yè)出版社,2001.</p><p>　　[4] 侯自林.過程控制與自動化儀表[M].北京：機械工業(yè)出版社,2000.</p><p>　　[5] 徐惠民等.單片機微型計算機原理、接口及應用[M].北京：北京郵電大學出版社,2000.</p><p>　　[6] 何立民.單片機應用系統(tǒng)設計[M

63、].北京：北京航空航天大學出版社,1990.</p><p>　　[7] 周明德.微型計算機硬件、軟件及其應用[M].北京：清華大學出版社,1984.</p><p>　　[8] 王曉明.單片機教程[M].沈陽：東北大學出版社,2001.</p><p>　　[9] 張偉.單片機原理及應用[M].北京：機械工業(yè)出版社,2002.</p><p&g

64、t;　　[10] 徐愛均.智能化測量控制儀表原理與設計[M].北京：北京航空航天大學出版社,1995. </p><p>　　[11] 張小春. KP表在電阻爐溫控系統(tǒng)中的應用[J].自動化儀表，2005（1）：60-65.</p><p>　　[12] 皮大能，關鴻霞，南光群.一種實用的電爐控溫方法[J].自動化儀表，2005（4）：63-64.</p><p>

65、　　[13] 楊長松等.單片機測控系統(tǒng)干擾與抗干擾措施[J].自動化與儀表,2003（1）：53-56.</p><p>　　[14] 蔡得聰.傳感器的發(fā)展方向及數(shù)字傳感器的地位[J].電氣自動化,2001（10）：14-15.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在朱老師的指導下，我在近五個多月的時間里，將電加熱爐

66、溫度控制系統(tǒng)的設計完成。</p><p>　　經(jīng)過這五個多月的設計，我把以前所學的課本理論知識與實踐相結合，把理論真正的應用到實踐中來，加深了對所學的專業(yè)知識的理解并接觸到了許多新的知識，開拓了視野，提高了自學能力。</p><p>　　由于經(jīng)驗方面的欠缺，我在設計中遇到了一些困難，但在*老師的指導下，都一一得到了解決。*老師為我的設計提出了許多寶貴的意見和建議，并提供了許多與設計有關的資