小型電加熱熱水控制器綜述

1、蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）摘要隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力電子技術(shù)、 計算機(jī)控制技術(shù)和傳感檢測技術(shù)被越來越廣泛的采用，因此人們需要對各中加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中 溫度進(jìn)行監(jiān)測和控制。采用單片機(jī)來對他們控制不僅具有控制方便，簡單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。介紹了一種以 AT89C51為主要控制器件，以 ptIOOO為溫度傳感器的新型 數(shù)字溫度計設(shè)計方法，其硬件電路包括主控制器，測溫電路和顯示電路等。該 溫度計用于軟件編寫過程中對上下報警溫度值設(shè)置，當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi) 時，可以報警。與傳統(tǒng)的溫度計相比，該數(shù)字溫度計減少了

2、外部硬件電路，具 有低成本和易使用的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞單片機(jī)；電加熱水溫控制；pt1OOO溫度傳感器。9SummaryWith the developme nt of n ati onal economy, power electr onics tech no logy, computer con trol tech no logy and sensing detecti on tech no logy is widely used, people need to each of the heating furnace, heat treatment furnace, reactor and boi

3、ler temperature monitoring and control.Bysingle chip microcomputer tocon trol not only to them is easy to con trol, the adva ntages of simple and flexible, and can greatly in crease the temperature of the charged with tech ni cal in dicators, thus can greatly improve the product quality and qua ntit

4、y.Introduces a kind of AT89C51 as the main control device, with pt1OOO as the temperature sensor is a new type of digital thermometer design method, the hardware circuit including main controller, temperature measurement circuit and display circuit, etc.The thermometer is used for writing software t

5、o alarm temperature value is set up and down in the process, when the temperature is beyond the scope of setting, you can call the police.Compared with the traditional thermometer, the digital thermometer reduces the external hardware circuit, has the characteristics of low cost and ease of use.Keyw

6、ordsSingle chip microcomputer; Electric heating temperature control; Pt1000 temperature sen sor.目錄摘要1關(guān)鍵詞1Summary2Keywords21概述51.1課題研究的背景 51.2 課題研究的意義 51.3課題研究的內(nèi)容 62.系統(tǒng)的方案設(shè)計 72.1系統(tǒng)設(shè)計要求72.2方案設(shè)計72.2.1控制電路和溫度設(shè)定電路方案與選擇 72.2.2測溫電路方案選擇 82.2.3顯示模塊的選擇方案和論證 82.2.4加熱電路方案選擇 92.2.5單片機(jī)的選擇92.2.6 單片機(jī) AT89C5192.2.7總

7、體電路設(shè)計 133 硬件電路的設(shè)計 133.1電路總體原理框圖 133.2系統(tǒng)各功能模塊電路設(shè)計 143.2.1最小系統(tǒng)部分 143.2.2溫度采集部分 163.2.3鍵盤和顯示部分 鍵盤部分 17323.2顯示部分 18324加熱控制部分 193.2.5報警部分 203.2.6 電源電路部分 203.2.7 水位檢測及補(bǔ)水部分 水位監(jiān)測部分 補(bǔ)水部分 233.2.8水位監(jiān)測及補(bǔ)水顯示部分 233.3原理圖的設(shè)計 244 .軟件系統(tǒng)的設(shè)計 254.1主程序模塊 254.2溫度采集模塊 264.3鍵盤模塊 274.4顯示模塊 284.5中斷模

8、塊 294.6報警模塊 304.7溫度控制模塊 31設(shè)計總結(jié) 33參考文獻(xiàn) 35致謝 36附錄1原理圖 37附錄2程序清單 381概述隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實現(xiàn)，能夠獨(dú)立工作的溫度檢測和顯示系統(tǒng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。對于不同場所、不同工藝、所需溫度 高低范圍不同、精度不同，貝詠用的測溫元件、測溫方法以及對溫度的控制方 法也將不同；產(chǎn)品工藝不同、控制溫度的精度不同、時效不同，則對數(shù)據(jù)采集 的精度和采用的控制算法也不同。因而，對溫度的測控方法多種多樣。隨著電 子技術(shù)和微型計算機(jī)的迅速發(fā)展，微機(jī)測量和控制技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。利用微機(jī)對溫度進(jìn)行測控的技術(shù)，也便隨之而生

9、，并得到日益發(fā) 展和完善，越來越顯示出其優(yōu)越性。然而現(xiàn)有的溫度傳感元件大多為模擬器件（熱電耦）體積大、應(yīng)用復(fù)雜、而且不容易實現(xiàn)數(shù)字化等缺點(diǎn)，阻礙了應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展。1.1課題研究的背景溫度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會生活的各個領(lǐng)域，如家電、汽車、材料、電力電子等，常用的控制電路根據(jù)應(yīng)用場合和所要求的性能指標(biāo)有所不同。在工業(yè)企業(yè)中，如何提高溫度控制對象的運(yùn)行性能一直以來都是控制人員和現(xiàn)場 技術(shù)人員努力解決的問題。這類控制對象慣性大，滯后現(xiàn)象嚴(yán)重，存在很多不 確定的因素，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)性能不佳，甚至出 現(xiàn)控制不穩(wěn)定、失控現(xiàn)象。傳統(tǒng)的繼電器調(diào)溫電路簡單實用，但由于繼電器動 作頻繁，

10、可能會因觸點(diǎn)不良而影響正常工作?？刂祁I(lǐng)域還大量采用傳統(tǒng)的PID控制方式，但 PID控制對象的模型難以建立，并且當(dāng)擾等因素不明確時，參 數(shù)調(diào)整不便仍是普遍存在的問題。1.2課題研究的意義隨著電子技術(shù)的發(fā)展和人們生活質(zhì)量的提高，特別是隨著大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生，給人們的生活帶來了根本性的變化。現(xiàn)代社會中，隨著社會的發(fā)展、 科技的進(jìn)步以及工業(yè)水平的逐步提高，各種恒溫控制系統(tǒng)開始進(jìn)入了工業(yè)以及其他領(lǐng)域，以單片機(jī)為核心的電熱恒溫控制系統(tǒng)就是其中之一同時也標(biāo)志了恒溫控制領(lǐng)域成為了自動化時代的一員。它實用性強(qiáng)，功能比較齊全，使人們相信這是科技進(jìn)步的成果。溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的過程控制，特別是在冶金

11、、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用，其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因而設(shè)計一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價值的。1.3課題研究的內(nèi)容本課題主要完成以下內(nèi)容：A. 在明確系統(tǒng)功能要求的前提下設(shè)計出系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)；B. 方案設(shè)計，根據(jù)現(xiàn)場系統(tǒng)工作原理框圖和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖以AT89C51芯片為控制核心，選擇控制系統(tǒng)所需的硬件并進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計；C. 完成系統(tǒng)的軟件設(shè)計。2.系統(tǒng)的方案設(shè)計2.1系統(tǒng)設(shè)計要求A. 溫度控制范圍：室溫 +10 C+90 C；B. 溫度控制精度：土 0.5 C；C. 溫度設(shè)置：可以由按鍵設(shè)置控制溫度；D. 顯示：四位有效值顯示。2.2

12、方案設(shè)計對課題進(jìn)行深入的分析和思考，可將整個系統(tǒng)分區(qū)為以下幾部分：控制電路、溫度設(shè)定電路、測溫電路、水位檢測電路、顯示電路、加熱電路、補(bǔ)水電路。圖2-1系統(tǒng)總體框圖2.2.1控制電路和溫度設(shè)定電路方案與選擇控制電路可以用硬件的方式實現(xiàn)，也可以用軟件的方式實現(xiàn)，具體方案有A. 方案一可以用運(yùn)放等模擬電路搭接一個控制器，用模擬方式實現(xiàn)PID控制，對純粹的水溫控制這是足夠的。但是附加的顯示，溫度的設(shè)定等功能，還要附加 許多電路，稍顯麻煩。同樣也可以用邏輯電路實現(xiàn)，但總體的電路設(shè)計和制作 繁瑣。B. 方案二可以使用FPGA實現(xiàn)控制功能，使用 FPGA時，電路設(shè)計比較簡單，通過 相應(yīng)的編程設(shè)計，可以很容

13、易實現(xiàn)控制、顯示、鍵盤等功能。是一種可選的方 案。但與單片機(jī)相比較，價格較高，顯得大材小用。C. 方案二可以使用單片機(jī)作為核心，同時可以實現(xiàn)控制、顯示、鍵盤等功能。電路 設(shè)計和制作比較簡單，是一種非常好的方案。222測溫電路方案選擇A. 方案一可以使用熱敏電阻作為測溫元件，熱敏電阻精度高，需要配合電橋電路， 電路設(shè)計比較麻煩。B. 方案二可以使用熱點(diǎn)偶作為測溫元件，熱電偶在工業(yè)上應(yīng)用比較廣泛，測溫精度比較高，性能可靠，并有專用的熱電偶測溫電路。C. 方案二采用半導(dǎo)體集成溫度傳感器作為測溫元件，半導(dǎo)體溫度傳感器應(yīng)用也比較廣泛，精度、可靠性都不錯，價格適中，使用比價簡單，是一種較好的方案。2.2.

14、3顯示模塊的選擇方案和論證A. 方案一采用LED液晶顯示屏，液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大，可顯示大量文字、 圖形,顯示多樣、清晰可見，但是價格昂貴，需要的接口線多，所以在此設(shè)計蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）中不采用LED液晶顯示屏。B. 方案二采用LED數(shù)碼管動態(tài)掃描 丄ED數(shù)碼管價格適中，對于顯示數(shù)字最合適，而且采用動態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時，占用的單片機(jī)口線少。綜上所述，所以采用了 LED數(shù)碼管作為顯示。224加熱電路方案選擇根據(jù)題目，可以使用電爐加熱，當(dāng)水溫過高時，一般只能關(guān)掉加熱器，讓 其自動冷卻，加熱電源選用220V交流電。A. 方案一采用電力電子技術(shù)的PWM技術(shù)，控制其功率實現(xiàn)較好的

15、精度，但電路設(shè)計比較麻煩，制作難度比較大。B. 方案二可以使用功率晶閘管控制加熱器工作。晶閘管體積小，重量輕，效率高， 壽命長，使用方便?？梢苑奖愕倪M(jìn)行整流和逆變且可以不改變電路結(jié)構(gòu)的前提 下改變整流或逆變電流的大小。2.2.5單片機(jī)的選擇AT89C51是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器( FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory )的低電壓、高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和

16、輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，89C51是它的一種精簡版本。89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。所 以，選擇采用 AT89C51單片機(jī)作為主控制系統(tǒng)。2.2.6 單片機(jī) AT89C51A.主要性能a. 與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容b. 4K字節(jié)在系統(tǒng)可編程存儲器C. 100次擦寫周期d. 全靜態(tài)操作： OHz24Hze. 三級加密程序存儲器f. 32個可編程I/O 口線g. 兩個16位定時器/計數(shù)器h. 5個中斷源i. 可編程串行通道j. 低功耗空閑和掉電模式h.片內(nèi)振蕩器和時鐘電路

17、B.管腳說明VCC :供電電壓。GND :接地。P0 口： P0 口為一個8位漏級開路雙向I/O 口，每腳可吸收 8TTL門電流。 當(dāng)P1 口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)。3919101!12 n14V1S+0圖2-2 AT89C51引腳圖地址的低八位。在 FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1 口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為

18、低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向I/O 口，P2 口緩沖器可接收， 輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高， 且作為輸入。并因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1 ”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在FLASH編程和校驗時接收

19、高八位地址信號和控制信號。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。當(dāng)P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 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。P3 口也可作為 AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：接口管腳備選功能P3.0 RXD （串行輸入口）P3.1 TXD （串行輸出口）P3.2 /INT0 （外部中斷0）P3.3 /INT1 （外部中斷 1）P3.4 T0 （記時器0外部輸入）P3.5 T1 （記時器1外部輸入）P3.6 /WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7

20、 /RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST :復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST腳兩個機(jī)器周期的 高電平時間。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FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。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。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。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。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE才起

21、作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN :外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每 個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP :當(dāng)/EA 保持低電平時，則在此期間為外部程序存儲器 （OOOOH-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器讀取外部ROM數(shù)據(jù)。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為 RESET ；當(dāng)/EA端保持高電平時，單片機(jī)讀取 內(nèi)部程序存儲器。（擴(kuò)展有外部 ROM時讀取完內(nèi)部ROM后自動讀取外部ROM ）。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程

22、電源（VPP ）。XTAL1 :反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2 :來自反向振蕩器的輸出。2.2.7總體電路設(shè)計本著簡單實用的原則，最后選擇以下方案：A. 測溫電路選用 PT1000溫度傳感器測量溫度信號。B. 功率控制電路選用繼電器控制。C. 控制芯片選用常見的 AT89C51。D. 顯示方式選用數(shù)碼管顯示。E. 鍵盤采用4X 1的掃描鍵盤。3 .硬件電路的設(shè)計3.1電路總體原理框圖溫度測量及加熱系統(tǒng)控制的總體結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場溫度采集、實時溫度顯示、加熱控制參數(shù)設(shè)置、加熱電路控制輸出、與報警裝置 和系統(tǒng)核心AT89C51單片機(jī)作為微處理器。圖3-1

23、系統(tǒng)總體原理框圖溫度采集電路以數(shù)字量形式將現(xiàn)場溫度傳至單片機(jī)。單片機(jī)結(jié)合現(xiàn)場溫度與用戶設(shè)定的目標(biāo)溫度，按照已經(jīng)編程固化的模糊控制算法計算出實時控制量。以此控制量控制固態(tài)繼電器開通和關(guān)斷，決定加熱電路的工作狀態(tài)，使水溫逐步穩(wěn)定于用戶設(shè)定的目標(biāo)值。在水溫到達(dá)設(shè)定的目標(biāo)溫度后，由于自然冷卻而使其溫度下降時， 單片機(jī)通過采樣回的溫度與設(shè)置的目標(biāo)溫度比較，做出相應(yīng)的控制，開啟加熱器。當(dāng)用戶需要比實時溫度低的溫度時，此電路可以利 用風(fēng)扇降溫。系統(tǒng)運(yùn)行過程中的各種狀態(tài)參量均可由數(shù)碼管實時顯示。3.2系統(tǒng)各功能模塊電路設(shè)計3.2.1最小系統(tǒng)部分按照單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展與系統(tǒng)配置狀況，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可分為最小系統(tǒng)、最

24、小功耗系統(tǒng)及典型系統(tǒng)等。AT89C51單片機(jī)是美國 ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS 8位單片機(jī)，具有豐富的內(nèi)部資源：4kB閃存、128BRAM、32根I/O 口線、2個16位定時/計數(shù)器、5個向量兩級中斷結(jié)構(gòu)、2個全雙工的串行口，具有 4.255.50V的電壓工作范圍和024MHz工作頻率，使用AT89C51單片機(jī)時無須外擴(kuò)存儲器。個發(fā)光二極管的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng), 其具體硬件組成如圖3-2所示。圖3-2最小系統(tǒng)圖單片機(jī)內(nèi)部有一個高增益反向放大器，輸入端為芯片引腳，輸出端為引腳。而在芯片外部和內(nèi)部之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。晶體震蕩頻率高，則系統(tǒng)的

25、時鐘頻率也高，單片機(jī)運(yùn)行速度也就快，但反過來運(yùn)行速度快對存儲器的速度要求就高，對印制電路板的工藝要求也高，所以，這里使用震蕩頻率為12MHz的石英晶體。震蕩電路產(chǎn)生的震蕩脈沖并不直接是使用，而是經(jīng)分頻后再為系統(tǒng)所用，震蕩脈沖經(jīng)過二分頻后才作為系統(tǒng)的時鐘信號。 在設(shè)計電路板時，振蕩器和電容應(yīng)盡量靠近單片機(jī)， 以避免干擾。需要注意的是：電路板時，振蕩器和電容應(yīng)盡量安裝得與單片機(jī)靠近，以 減小寄生電容的存在更好的保障振蕩器穩(wěn)定、可靠的工作。此時鐘電 路接單片機(jī)的 XTAL1。程序運(yùn)行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為了擺脫困境，也需按復(fù)位鍵以重新啟動。RST引腳是復(fù)位信號的輸入端，復(fù)位信號是高電

26、平有效。按鍵復(fù)位又分按鍵脈沖復(fù)位（圖3-9 ）和按鍵電平復(fù)位。電平復(fù)位將復(fù)位端通過電阻與Vcc相連，按鍵脈沖復(fù)位是利用 RC分電路產(chǎn)生正脈沖來達(dá)到復(fù)位的。因為按鍵脈沖復(fù)位是利用RC微分電路產(chǎn)生正脈沖來達(dá)到復(fù)位的。所以電平復(fù)位要將復(fù)位端通過電阻與Vcc相連.如復(fù)位電路中 R、C的值選擇不當(dāng)，使復(fù)位時間過長，單片機(jī)將處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。故本設(shè)計采用按鍵復(fù)位。此復(fù) 位電路接單片機(jī)的 XTAL2 。3.2.2溫度采集部分溫度采集電路模塊如圖3-3所示。R2、R3、R4和PtIOOO組成傳感器測量電橋，為了保證電橋輸出電壓信號的穩(wěn)定性，電橋的輸入電壓通過TL431穩(wěn)至5V。從電橋獲取的差分信號通過兩級運(yùn)放

27、放大（此電路運(yùn)算放大器運(yùn)用 ADA4922-1 ）,將電壓的變化轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字變化后，由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后輸入單片機(jī)，運(yùn)算放大器采用單電壓形式。電橋的一個橋臂采用可調(diào)電阻R3,通過調(diào)節(jié)R3可以調(diào)整輸入到運(yùn)放的差分電壓信號大小，通常用于調(diào)整零點(diǎn)。VCC為外接供電電源輸入端。圖3-3溫度采集電路原理圖TLC549是TI公司生產(chǎn)的一種低價位、高性能的8位A/D轉(zhuǎn)換器，它以8位開關(guān)電容逐次逼近的方法實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換速度小于 17us，最大轉(zhuǎn)換速率為 40000HZ，4MHZ典型內(nèi)部系統(tǒng)時鐘，電源為 3V至6V。它能方便 地采用三線串行接口方式與各種微處理器連接，構(gòu)成各種廉價的測控應(yīng)用系 統(tǒng)。所以選擇

28、此 A/D轉(zhuǎn)換器。323鍵盤和顯示部分323.1鍵盤部分常見的鍵盤可分為獨(dú)立按鍵式鍵盤和行列掃描式鍵盤。獨(dú)立式鍵盤應(yīng)用在需要少量按鍵的情況，按鍵和單片機(jī)的I/O 口線直接連接。而行列掃描式鍵盤應(yīng)用在需求較多的情況下?？紤]到熱水控制器只需要高限加、高限減、底限加、底限減四個按鍵，所以采用獨(dú)立按鍵式鍵盤。理論上當(dāng)按鍵按下或彈起時，可以相應(yīng)的產(chǎn)生低電平或高電平，但實際并非如此。鍵盤按鍵一般都采用觸點(diǎn)式按鍵開關(guān)。當(dāng)按鍵被按下或釋放時，按鍵 觸點(diǎn)的彈性會產(chǎn)生抖動現(xiàn)象。即當(dāng)按鍵按下時，觸點(diǎn)不會迅速可靠的接通，當(dāng) 按鍵釋放時，觸點(diǎn)也不會立即斷開， 而是要經(jīng)過一段時間的抖動才能穩(wěn)定下來， 按鍵材料不同，抖動時

29、間也各不相同。表3-1按鍵功能按鍵鍵名功能S10復(fù)位鍵使系統(tǒng)復(fù)位S1高限加溫度低于高溫下限時加S2高限減溫度咼于咼溫上限時減S3底限加溫度低于低溫下限時加S4底限減溫度高于低溫上限時減一次完整的按鍵過程，包含以下幾個階段:1） 等待階段：此時按鍵尚未按下，處于空閑階段；2）閉合抖動階段：此時鍵剛剛按下，但信號處于抖動狀態(tài)，系統(tǒng)在檢測時應(yīng)消抖延時，約 5ms到20ms ；3）有效閉合階段：此時抖動已經(jīng)結(jié)束，一個有效按鍵動作已經(jīng)產(chǎn)生，系統(tǒng)應(yīng)該在此時執(zhí)行按鍵功能，或?qū)存I功能記錄下來，待鍵彈起時再執(zhí)行器功厶匕冃匕；4）釋放抖動階段：許多時候編程人員并不在此時消抖延時，但最好是執(zhí) 行一次消抖延時，以防

30、止誤操作；5）有效釋放階段：若設(shè)計要求在按鍵抬起時才執(zhí)行功能，則應(yīng)當(dāng)在此時 進(jìn)行按鍵功能處理。完成系統(tǒng)的最高溫度和最低溫度調(diào)整的四個按鍵分別加上拉電阻接到單片機(jī)的P1.3-P1.6 口上，共單片機(jī)查詢，當(dāng)沒有按鍵按下時，單片機(jī)I/O 口輸入高電平，當(dāng)有按鍵按下時，對應(yīng)的單片機(jī)端口變?yōu)榈碗娖剑瑔纹瑱C(jī)通過檢測 這種電平的變化確定按鍵的狀態(tài)。圖3-4鍵盤接口電路原理圖323.2顯示部分基于單片機(jī)的熱水控制器采用7段數(shù)LED碼管顯示，這里采用4個數(shù)碼管顯示溫度，隔一定的時間與顯示時間相互切換。如圖3-5。4位共陽極數(shù)碼管采用掃描式工作，其中8個數(shù)據(jù)為接在單片機(jī)灌電流驅(qū)動能力最大的 PO 口，AT89C

31、51單片機(jī)的每一個 I/O 口都能吸收 8個TTL邏輯 器件的輸入漏電流，算下來能驅(qū)動約10mA。能驅(qū)動數(shù)碼管的8個數(shù)據(jù)陰極。4位數(shù)碼管的4個陽極采用4個PNP三極管9012驅(qū)動。用單片機(jī)P2.4-P2.7 4個I/O 口控制。圖3-5顯示接口電路原理圖324加熱控制部分溫度控制是通過對加熱電阻絲的電源通斷來實現(xiàn)的。本系統(tǒng)采用晶閘管調(diào)功方式。晶閘管開關(guān)控制方式有兩種：相位控制和過零控制。相位控制會使負(fù) 載上的電壓波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生高次諧波，對電網(wǎng)造成公害。過零控制則能使 負(fù)載上產(chǎn)生較完善的正弦電壓波形，同時由于過零時通斷，防止了過大電流沖擊。系統(tǒng)采用光耦過零觸發(fā)驅(qū)動器實現(xiàn)對功率晶閘管的過零觸發(fā)

32、。光耦內(nèi)部含有過零檢測電路。在P3.6控制作用下，完成了功率晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通。晶閘管串接在 50Hz交流電源和加熱絲中，只要在給定周期內(nèi)改變晶閘管的接通時間，就能達(dá)到加熱功率改變的目的，從而實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。單片機(jī)P3.6口輸出能控制晶閘管通斷時間的脈沖信號。P3.6=1時關(guān)斷晶閘管，P3.6=0時開啟晶閘管。如圖 3-6。利用熱電阻溫度系數(shù)隨溫度變化而制成的溫度傳感器，稱為熱電阻溫度傳感器。對于大多數(shù)金屬導(dǎo)體，其電阻值都具有隨溫度升高而增大的特性。常用 的金屬導(dǎo)體材料有鉑、銅、鐵和鎳。熱電阻是中低溫區(qū)最常見的一種溫度傳感器。它主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩(wěn)定。熱電阻的電阻變化范圍很小， 如果直接用

33、歐姆表測量其電阻值的變 化將十分困難、且誤差很大，必須使用電橋電路，然后經(jīng)過放大電路，放大偏差值。圖3-6加熱控制電路原理圖325報警部分當(dāng)設(shè)定的目標(biāo)溫度達(dá)到時需用聲音的形式提醒用戶，此時蜂鳴器為三聲斷續(xù)的滴答滴答的叫聲。系統(tǒng)中我們設(shè)計了越限報警，當(dāng)溫度低于設(shè)置的目標(biāo)溫度10度或高于10度時蜂鳴器為連續(xù)不斷的滴答滴答叫聲。當(dāng)單刷片機(jī)P1.7輸出高電平時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器工作發(fā)出報警聲。P1.7為低電平時三極管關(guān)斷，蜂鳴器不工作。如圖3-7。圖3-7報警電路原理圖3.2.6電源電路部分直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流、濾波及穩(wěn)壓電路所組成。基本電路如圖3-8所示。電源變壓器的作用是將電網(wǎng)22

34、0V的交流電壓變換成整流濾波電路所需的交流電壓；整流電路的作用是將交流電壓變成單向脈動的直流電壓，該電路采用單相橋式整流電路，由整流二極管D2、D3、D4、D5組成，這樣由于 D3、D5和D2、D4兩對二極管交替導(dǎo)通，致使負(fù)載上在電壓的整個周期內(nèi)都有電 流流過，而且方向不變；濾波電路由電容等儲能元件組成。它的作用是盡可能 地將單向脈動電壓中的交流成分濾掉，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓， 由于經(jīng)整流電路后輸出的波形中含有的交流分量，會影響負(fù)載電路的正常工 作，這里采用截止頻率低于整流輸出電壓基波頻率的低通濾波電路；穩(wěn)壓部分選用輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器LM7805，利用三端固定輸出電壓集成

35、穩(wěn)壓器可以使輸出的直流電壓在電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流發(fā)生變化時保持穩(wěn)定。圖3-8電源部分連線原理圖3.2.7水位檢測及補(bǔ)水部分水位監(jiān)測部分任何物質(zhì)在電學(xué)里都有一定的阻值，實驗證明，純凈水幾乎不導(dǎo)電的，但 人們?nèi)粘Ｊ褂玫乃紩幸欢ǖ腗g+、Ca+等離子，他們的存在使水可以具有導(dǎo)電的性能，水的阻值大約為10K Q左右。本控制裝置就是利用水的導(dǎo)電性完成的。高電平通過電壓輸入探針，水位在不同的水位的時候接通相應(yīng)的水位探針將高電平穿送給比較器，通過比較器轉(zhuǎn)置為穩(wěn)定電平再輸送給單片機(jī)，促使單片機(jī)控制電機(jī)電路和水位顯示電路工作、停止。三個電極分別接在單片機(jī)的P3.2,P3.3, P3.4 口。本

36、電路運(yùn)用了 LM339比較器，LM339電壓比較器芯片內(nèi)部裝有四個獨(dú)立的電壓比較器。每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。兩個輸入端一個稱為同相輸入端，用 “ +表示，另一個稱為反相輸入端，用-”表示。用作比較兩個電壓時，任意一個輸入端加一個固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可 選擇LM339輸入共模范圍的任何一點(diǎn)），另一端加一個待比較的信號電壓。當(dāng)“ +端電壓高于端時，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。當(dāng)“”端電壓高于“ +”端時，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。在這里因為只有三個電極，所以只采用其中三個運(yùn)放即可。圖3-9水位監(jiān)測電路由于在水中兩個電極之間有一定的阻值，所以在比較器的反向端連

37、接電位器（型號：邦士 3296），是為了獲得與輸入電壓（外加電壓）成一定關(guān)系的輸23蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）出電壓。327.2補(bǔ)水部分電機(jī)控制電路如圖3-10，由于實際電機(jī)額定電壓比較高，而單片機(jī)的輸出電壓又比較低，不能直接驅(qū)動電機(jī)工作，所以運(yùn)用了晶閘管的過零控制。光 耦內(nèi)部含有過零檢測電路。當(dāng)需要加水時，U5接收到電平信號，控制晶閘管導(dǎo)通。使電機(jī)開始工作，補(bǔ)水電路原理與溫度控制原理相同。此電機(jī)接交流 220V電壓。與單片機(jī)的P3.5 口連接。圖3-10補(bǔ)水電路3.2.8水位監(jiān)測及補(bǔ)水顯示部分本電路采用 LED作為顯示裝置，有單片機(jī)P2.0、P2.1、P2.2、P2.3 口控制進(jìn)行水

38、位顯示。燈全亮表示水位最高，亮兩個燈表示水位處于公共點(diǎn)，亮一個燈表示水位處于最低。此電路采用的是共陽極的，所以只有單片機(jī)給發(fā)光二極管為低電平的時候才能是發(fā)光二極管點(diǎn)亮。R37，R38，R39，R40為上拉電阻起限壓控流作用。LED( Light Emitting Diode)，發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附著LED 燈株在一個支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是 N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體 連

39、接起來的時候，它們之間就形成一個“P-N結(jié)”。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是 LED發(fā)光的原理。如圖3-11。圖3-11水位監(jiān)測及補(bǔ)水顯示電路3.3原理圖的設(shè)計A、使用Protel進(jìn)行電路板設(shè)計原理圖，步驟如圖3-12所示圖3-12 protel設(shè)計的流程圖4 .軟件系統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng)的軟件由三大模塊組成：主程序模塊、溫度采集模塊、鍵盤模塊、顯示模塊、中斷模塊和運(yùn)算控制模塊。4.1主程序模塊主程序主要完成加熱控制系統(tǒng)各部件的初始化和實現(xiàn)各功能子程序的調(diào)用，以及實際測量中各個功能模塊的協(xié)調(diào)在無外部中斷申請時，單片機(jī)

40、通過循環(huán)對外部溫度進(jìn)行實時顯示。把設(shè)置鍵作為外部中斷0,以便能對數(shù)字按鍵進(jìn)行相應(yīng)處理。主程序流程圖如圖4-1所示。j,. r v ： ； ”；.圖4-1主程序流程圖4.2溫度采集模塊將PT1000熱電阻采集模塊正確連接后，主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令即可使 PT1000熱電阻采集模塊將數(shù)據(jù)送回主機(jī)。PT1000熱電阻采集模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)每秒鐘更新一次，并周期性地更新LED顯示屏的顯示數(shù)據(jù)。溫度測量通過pt1000溫度傳感器測量將測得量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量接入 AT89C51單片機(jī)中。再通過與控制溫度比較對晶閘管進(jìn)行控制。溫度采集流程圖如圖4-2所示。pt too（頊桂mem1ptiooct11卜:HiH 咚 |Ft

41、41 J圖4-2溫度采集流程圖4.3鍵盤模塊系統(tǒng)設(shè)置了 4鍵的鍵盤用于實現(xiàn)人機(jī)交換。用戶可以通過鍵盤直接設(shè)置和查詢考勤機(jī)的相關(guān)參數(shù)。4個按鍵分為1排，在 P1 口高4位和低4位的邏輯控制下輪流掃描。鍵盤掃描流程圖如圖 4-3所示。圖4-3鍵盤掃描流程圖4.4顯示模塊4位LED數(shù)碼管顯示，采用的是動態(tài)掃描，其中不同位顯示時間間隔可以通 過調(diào)整延時程序的延時長短來完成。數(shù)碼管顯示的時間間隔也能確定數(shù)碼管顯示時的亮度，若顯示的時間間隔長，顯示時數(shù)碼管的亮度將亮些。若顯示時間 間隔過長的話，數(shù)碼管顯示時將產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。所以，在調(diào)顯示時間間隔要 考慮到數(shù)碼管的亮度和不產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象，其流程圖如圖4-4所示

42、。圖4-4顯示流程圖4.5中斷模塊圖4-5為中斷子程序流程圖，程序執(zhí)行過程中，允許外部或內(nèi)部事件通過 硬件打斷程序的執(zhí)行，使其轉(zhuǎn)向為處理外部或內(nèi)部事件的中斷服務(wù)程序中去； 完成中斷服務(wù)程序后，CPU悵續(xù)原來被打斷的程序，這個主要是為了保障整個軟件程序在運(yùn)行時可以達(dá)到中斷從而使系統(tǒng)進(jìn)一步達(dá)到完善。圖4-5中斷流程圖4.6報警模塊當(dāng)高于設(shè)定溫度時，將影響恒溫箱的質(zhì)量。因此，將恒溫箱定個溫度上4-6。限。檢測到溫度超限，應(yīng)進(jìn)行報警處理。報警子程序流程如圖圖4-6報警程序流程圖4.7溫度控制模塊本設(shè)計利用位置式PID算法，將溫度傳感器采樣輸入作為當(dāng)前輸入，然后與設(shè)定值相減得到偏差ek，再對之進(jìn)行 PI

43、D運(yùn)算產(chǎn)生輸出結(jié)果fout，再讓fout控制繼電器的通斷時間，進(jìn)而控制加熱器的平均功率。其溫度控制程序流 程圖如圖4-7所示。首先，定義了一些變量，用于存放PID運(yùn)算所需要的P、I、D系數(shù)，以及溫度設(shè)定值，歷史誤差的累加和等信息。加熱時間通過PID算法計算出來后，由定時器0中斷控制。在溫度控制程序中，計算出fout后，如果該參數(shù)大于0，則開啟加熱器，每進(jìn)入一次定時器0中斷，fout參數(shù)減1,直到fout等于0，停止加熱。如果PID算法計算結(jié)果比較大，說明離設(shè)定溫度相差較大，則加熱時間比較長，如果計算結(jié)果比較 小，說明離設(shè)定溫度相差較小，加熱時間相對較短。圖4-7溫度控制程序流程圖60設(shè)計總結(jié)剛

44、一開始拿到這個設(shè)計題目時，我覺得很難，不知道從哪里下手，感覺自 己弄不出來，感覺很辛苦，甚至有了放棄了的念頭。但是我還是堅持下來了， 因為它對我很重要，我必須克服我的薄弱環(huán)節(jié)，我選擇了堅持，后來經(jīng)過老師 的指導(dǎo)就慢慢的進(jìn)入了狀態(tài)，也逐漸有了思路，經(jīng)過幾個月的努力，緊張而又 充滿挑戰(zhàn)的畢業(yè)設(shè)計終于落下了帷幕。想起做畢業(yè)設(shè)計時的那段努力的日子， 我覺得有很多感慨。同時，我也擁有了無數(shù)難忘的回憶和收獲。在剛開始做的時候，我就請教了老師這開頭的思路，畢竟萬事開頭難。老 師為我進(jìn)行了詳細(xì)的講解，每一個部分都講解的很詳細(xì)透徹，對我提出了寶貴的意見，后來我將設(shè)計好的原理圖拿給了老師，老師對我設(shè)計中出現(xiàn)的問題

45、進(jìn)行了一一講解并指導(dǎo)我改正。我發(fā)現(xiàn)，要干好這件事說難不難，說簡單也不簡 單，敷衍了事是不行的，對待任何事情都要認(rèn)真去思考，用認(rèn)真的態(tài)度來完成 任務(wù)。我覺得，一篇好的畢業(yè)設(shè)計是修改出來的，在設(shè)計過程中，我遇到的問題 很多，有些是在自己能力之外，每當(dāng)自己力所不能及的時候，我就會覺得很煩 躁，但我沒有放棄，而是靜下心來，在和同組同學(xué)的討論、 還有老師的幫助下， 完成了初步的設(shè)計?；畹嚼?，學(xué)到老。在學(xué)習(xí)的過程中我收獲了很多東西，最 重要的就是互相學(xué)習(xí)，在完成之后我覺得很有成就感，這就是我在完成設(shè)計之后體會到的。我覺得在我做畢業(yè)設(shè)計的這幾個月里的時間是最難忘的。畢業(yè)設(shè)計的完成給了我很多經(jīng)驗和回憶。親手設(shè)

46、計電路圖的時間里，記憶最深的是用每一個元件畫出最后的原理圖。 寫論文的時候也曾廢寢忘食。在收集資料的過程中我學(xué)到了很多關(guān)于單片機(jī)的知識，所謂活到老，學(xué)到老，在以后的學(xué)習(xí)生活中我還 要不斷地充實自己。在做畢業(yè)設(shè)計的過程中我學(xué)到了做任何事情都要有耐心和努力的精神，其次做學(xué)問要一絲不茍， 再在出現(xiàn)問題的時候不可以掉以輕心，在做事情的過程中要有毅力。世上無難事，只要肯攀登，遇到困難時要努力克服。還要懂得虛心請教，認(rèn)真聽取別人意見，這樣做事情就會更完美參考文獻(xiàn)1 李廣弟單片機(jī)基礎(chǔ)北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20012 王福瑞.單片微機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計大全北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19973 趙茂泰.智

47、能儀器原理及應(yīng)用（第2版）北京：電子工業(yè)出版社，20044 賴壽濤微型計算機(jī)控制技術(shù)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20005 沙占友模擬與數(shù)字萬用表檢測及應(yīng)用技術(shù)北京：電子工業(yè)出版社19996 杭和平.AT89C51串行通信及其應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社， 20087 豈興明,唐杰等.51單片機(jī)編程基礎(chǔ)與開發(fā)實例詳解M.人民郵電出版社,20088李群芳單片微型計算機(jī)機(jī)與接口技術(shù)M. 北京:電子工業(yè)出版社,20019張毅剛新編MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計M.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,200310朱定華.單片微機(jī)原理與應(yīng)用M.北京:北京清華大學(xué)出版社 ，北京：北京交通大學(xué)出版,200311李維祥單片機(jī)原理與應(yīng)

48、用M. 天津：天津大學(xué)出版社,200113 李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)M.北京航空航天大學(xué)出版社，1999.1014 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)M.清華大學(xué)出版社，2002.1215 張毅剛，彭喜元,董繼成.單片機(jī)原理及應(yīng)用M,北京：高等教育出版社,2004.這次畢業(yè)設(shè)計是在趙又新老師的悉心指導(dǎo)下完成的。他對我的耐心指導(dǎo)讓我學(xué)會了解決問題和困難的方法。這次畢業(yè)設(shè)計，我知道我一個人的力量是不行的，是趙老師和我的組員給我的幫助與大力支持這樣我才能將畢業(yè)設(shè)計順利 地做完。非常感謝學(xué)校給我這個自己動手和實踐的機(jī)會。同時感謝XXX老師、XXX老師、XX老師、XXX 老師、XXX 老師、XXX 老師、XX 老

49、師、XXX 等老師 的精心授課，為我打下了一定的電子信息工程技術(shù)專業(yè)知識的基礎(chǔ)。完成這次畢業(yè)設(shè)計，很感謝老師們對我的辛勤教育。謝謝學(xué)校及系院給的這次難得的機(jī)會及優(yōu)良的條件，還有老師的熱心指導(dǎo)和大力支持，以及同學(xué)互相幫助和團(tuán)結(jié)協(xié)作，這次畢業(yè)設(shè)計才可以成功，我在 這里忠心地感謝學(xué)校、老師還有同學(xué)們！謝謝你們！此次畢業(yè)設(shè)計的完成， 我學(xué)到了很多東西， 也查閱了大量的書籍和瀏覽了 無數(shù)的網(wǎng)頁。這是我人生中一次重要的實踐， 以后我還想擁有更多的機(jī)會去實 踐，得到更多的鍛煉！最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們！201434附錄1原理圖附錄2程序清單TEMPER._LEQU29HTEMPER.

50、_HEQU28HFLAGEQU38HDAYUEQU44HXIYUEQU45HDEYUEQU46HGAOLEEQU47HDILEEQU48HA_BITEQU79hB_BITEQU7AhC_BITEQU78H；用于保存讀出溫度的低8位；用于保存讀出溫度的高8位;是否檢測到 PT1000標(biāo)志位;設(shè)溫實溫;設(shè)溫實溫;設(shè)溫=實溫；溫度咼于最咼溫度;溫度低于最低溫度;數(shù)碼管個位數(shù)存放內(nèi)存位置;數(shù)碼管十位數(shù)存放內(nèi)存位置;數(shù)碼管小數(shù)存放內(nèi)存位置ORG0000HAJMPSTARTORG0003HAJMPPITOORG0030HSTART:CLRP1.7CLRP1.3CLRP1.5SETBP1.6MOVR4,#00HMOVSP,#60HMOVPSW,#00H ;MOVR0,#20H ;RAMMOVR7,#60H ;RAM;確立堆棧區(qū);區(qū)首地址;區(qū)單元個數(shù)ML:MOVR0,#00HINC R0DJNZR7, MLCLR IT0MAIN:LCALL GET_TEMPER;調(diào)用讀溫度子程序進(jìn)行溫 度顯示,這里我們考;慮用網(wǎng)站提供的四位數(shù)碼管來顯示溫度顯示;范圍00.00到99.99度，顯示精度為1度因為12位轉(zhuǎn);化時每一位的精度為0.0625度LCALLDI