電加熱爐溫度控制系統(tǒng)設計

1、電加熱爐溫度控制系統(tǒng)設計 電加熱爐溫度控制系統(tǒng)設計1.設計的意義：在現(xiàn)實生活當中，很多場合需要對溫度進行智能控制，日常生活中最常見的要算空調(diào)和冰箱了，他們都能根據(jù)環(huán)境實時情況，結合人為的設定，對溫度進行智能控制。工業(yè)生產(chǎn)中的電加熱爐溫度監(jiān)控系統(tǒng)和培養(yǎng)基的溫度監(jiān)控系統(tǒng)都是計算機控制系統(tǒng)的典型應用。2.方案的設計：要求利用所學過的知識設計一個溫度控制系統(tǒng),加熱爐溫度檢測，到設定溫度后，進行保溫控制. 要想達到技術要求的內(nèi)容，用到的器件有：單片機、溫度傳感器、LCD顯示屏、直流電動機等。其中單片機用作主控制器，控制其他器件的工作和處理數(shù)據(jù)；溫度傳感器用來檢測環(huán)境中的實時溫度，并將檢測值送到單片機中進

2、行數(shù)值對比；LCD顯示屏用來顯示溫度、時間的數(shù)字值；直流電動機用來表示電加熱爐的工作情況，轉動表示電加熱爐通電加熱，停止轉動表示電加熱爐斷電停止加熱。原理圖如下圖1：圖1 電加熱爐溫度控制系統(tǒng)原理圖2.1硬件選擇：1.單片機這里選用AT89C52單片機作為控制系統(tǒng)的處理器。AT89C52是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器。2.溫度傳感器溫度傳感器有很多種型號，這里我選用DS18B20溫度傳感器。數(shù)字溫度傳感器DS18B20具有獨特的單總線接口方式，支持多節(jié)點，使分布式溫度傳感器設計大為簡化。測溫時無需任何外圍原件，可以通過數(shù)據(jù)線直接供電，具有超低功

3、耗工作方式。測溫范圍為-55到+125攝氏度，可直接將溫度轉換值以16位二進制數(shù)字碼的方式串行輸出，因此特別適合單線多點溫度測量系統(tǒng)。由于傳輸?shù)氖谴袛?shù)據(jù)，可以不需要放大器和A/D轉換器，因而這種測溫方式大大提高了各種溫度測控系統(tǒng)的可靠性，降低了成本，縮小了體積。3開關器件由于單片機與電動機之間需要用開關器件連接，并且前者用弱電控制，后者由強電控制，這就尤其需要注意安全問題。于是我想到了在課本中學過的高性能安全開關器件光電耦合器。光電耦合器是由一個發(fā)光器件和和一個光電轉換器件組成，這里所用的光電耦合器OPTOCOUPLER-NPN是由一個發(fā)光二極管和一個光敏晶體管所組成。當發(fā)光二極管發(fā)光，就會

4、使得光敏晶體管導通，繼電器通電動作，將開關吸合，電動機回路斷開。2.2 電路設計方法：1顯示部分電路顯示電路截圖如下圖所示：圖2 顯示部分電路圖這里我選用LCD1602液晶顯示屏作為系統(tǒng)的顯示器件，如圖所示，LCD1602采用標準的16腳接口，仿真時隱藏了背光正極和背光負極兩個引腳。它通過D0-D78位數(shù)據(jù)端來與單片機進行數(shù)據(jù)和指令傳輸，這里我們將它與單片機的P0口連接。在顯示屏上顯示的內(nèi)容包括設定的溫度值SET、傳感器檢測到的環(huán)境溫度SA以及時鐘，這個時鐘是可以調(diào)整的，這樣方便工作人員在對系統(tǒng)進行操作時有一個時間概念。2溫度檢測電路溫度傳感器與單片機的連接情況如下圖所示。圖3 溫度檢測電路圖

5、溫度傳感器18B20將檢測到的環(huán)境實時溫度進行A/D轉換和放大，然后串行送入單片機P1.7口，便于單片機將此數(shù)值與設定的溫度值進行比較，然后先做出相應反應。在仿真時，我們只能通過按18B20上的加減按鈕來調(diào)節(jié)實時溫度，是一個模擬的過程。3鍵盤電路鍵盤電路如下圖所示。圖3 鍵盤電路圖這里減排設計得比較簡單，S0鍵是切換調(diào)整對象的，調(diào)整對象包括時、分、溫度設定值三項，S1鍵是向上加調(diào)整對象的值，S2鍵是向下減調(diào)整對象的值，S3 鍵是打開和關閉系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)功能的開關鍵。4電氣開關及工作電路電器開關及工作電路如下圖所示。圖2.4 電氣開關及工作電路圖如圖所示，光電耦合器1腳接電源，2腳接單片機P2.7

6、腳。工作過程用以下三個階段來描述：（1）單片機將溫度傳感器送入的值與設定值進行比較，若送入值小于設定值，則P2.7腳保持高電平，這樣發(fā)光二極管不發(fā)光，光敏晶體管保持高阻態(tài)，繼電器也不會工作，電動機和燈泡維持導通，相當于電爐繼續(xù)加熱，指示燈亮；（2）一旦送入值比設定值大，單片機將會控制P2.7腳變?yōu)榈碗娖剑l(fā)光二極管導通發(fā)光，光敏晶體管受光照影響導通，繼而繼電器工作，電磁鐵將單刀雙擲開關吸向左端，使電動機和燈泡同時停止工作，這就相當于電爐斷電，停止加熱；（3）電爐短路一段時間后，必然導致爐溫降低，而溫度傳感器DS18B20在不間斷地檢測爐溫，當檢測值低于設定值后，單片機又控制P2.7腳恢復高電平

7、，光電耦合器恢復高阻態(tài)，繼電器斷電，單刀雙擲開關被彈回右端，電動機和燈泡又開始工作，這相當于電爐從新開始加熱。2.3繪制流程圖開始初始化P1口，初始化24C64讀出24C64保存的數(shù)據(jù)賦于KLCD初始化延時500ms啟動時鐘定時器0初始化，DS18B20初始化按鍵掃描、溫度采集送入單片機進行溫度值比較送入單片機進行溫度值比較設定值>=采集值？YN將P2.7口置0設定值<采集值？yY將P2.7口置1N2.4程序設計：由于整個程序工程量比較大，我采用模塊化設計方法來設計這個程序。首先定義在后面將會用到的變量，不可能一次定義準確，所以邊定義邊補充。然后編寫子函數(shù)，包括LCM初始化子函數(shù)、

8、顯示指定坐標的一個字符子函數(shù)、ds18b20初始化函數(shù)、ds18b20延遲子函數(shù)、讀取ds18b20當前溫度子函數(shù)、液晶顯示子函數(shù)、鍵盤掃描子函數(shù)、設定工作模式子函數(shù)、按鍵加法子函數(shù)、按鍵減法子函數(shù)、24C02讀寫驅(qū)動程序、定時器t0中斷子函數(shù)等子程序，最后是主函數(shù)。(程序略)2.4調(diào)試和仿真結果：在Keil軟件中編寫完程序后，編譯生成.Hex文件，單片機可以執(zhí)行.Hex文件。在Protues軟件中，給單片機加載所生成的.Hex文件，按下運行按鈕，系統(tǒng)開始仿真由仿真結果可以知道，此次的設計基本成功。當采樣溫度低于設定值的時候，系統(tǒng)不會對電熱爐做出相應動作，電熱爐保持加熱。一旦采樣溫度高于設定值

9、，系統(tǒng)就會做出反應，使電加熱爐斷電停止加熱。當溫度降下來后，系統(tǒng)又會自動控制電加熱爐重新開始加熱。系統(tǒng)的反應速度也是十分精確的，會在很短的時間內(nèi)作出相應動作。另外，由于在電路中加入了EPROM24C64，使得該系統(tǒng)具有掉電保護功能，來電后自動恢復正常工作。除此之外，該系統(tǒng)還有一個比較實用的小功能電子鐘，這樣的話工作人員可以利用它準確掌握系統(tǒng)已經(jīng)工作的時間，也就是說可以把它當做一個定時器來用。在安全保護方面，該系統(tǒng)也有相當不錯的表現(xiàn)，由于使用了光電耦合器和就電磁繼電器，將強電部分和弱電部分充分隔離，十分安全。綜合以上分析，該系統(tǒng)的設計十分成功。3.設計的總結：本次課程設計，題目是設計一個電加熱爐溫度控制系統(tǒng)。說到電加熱爐，我們都比較熟悉，在日常生活中我們經(jīng)常用到，特別是冬天用它來煮火鍋。我們也會發(fā)現(xiàn)這樣一個問題，一般的電加熱爐是沒有溫度自動控制的，當溫度上升到我們需要的程度時，它仍然繼續(xù)加熱，這不僅會影響到加熱效果，還會造成電能的浪費。那么就有必要設計一種能自動調(diào)節(jié)爐溫的系統(tǒng)，把它應用到日常生活中，將會給人們帶來