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1、河 北 工 程 大 学机电学院课程设计说明书课程 设计 名称基于AT89S52的电热片温度控制系统设计教学系、部、室测控系专 业测控技术与仪器学 号姓 名指 导 教 师目 录（一）功能描述（二）系统分析及设计1系统框图.2系统组成分析3测控系统硬件设计.（1）温度测量电路（2）主电路（3）控制电路.（4）报警与指示电路.（三）关键技术分析（四）系统总体电路设计.（五）系统软件设计.（六）课程设计总结.基于AT89S52 的电热片温度控制系统摘要: 本文介绍了一种基于AT89S52单片机的电阻炉温度控制系统，阐述了系统的工作原理、硬件电路以及软件设计。并且把整个硬件系统的电路设计划分为PT00温
2、度传感器与AT89S52单片机的硬件接口电路设计、数据显示设计、通信接口电路设计。该装置可实现环境温度的实时测量与控制，并能记录、存储相关数据，并附有通信接口，能应用方便。具有精度高、稳定性好的特点。此系统还设计了单片机与上位机的通信，实现了远程温度控制。这种方案可大大地提高工作效率和控制精度，有助于自动化水平的提高，具有良好的经济效益和推广价值。该系统经过实验，取得了较为满意的控制效果。关键字:单片机; AT89S52; 温度控制系统; 模数转换（一） 功能描述温度测控系统是一个基于AT89S52单片机的温度测量闭环控制系统，能通过pt100温度传感器对电热片的温度信号进行采集，再由A/D
3、转换芯片ADC0809 将电压值转换成数字量, 经单片机采集后与设定温度进行比较,并把温度显示在数码管显示器上。当温度高于温度控制范围上线时，报警器发出蜂鸣声示警，同时AT89S52单片机会发出指令，关闭电热片的电源，同时开启散热扇，使温度不至于过高。当温度降到控制温度下限时，散热扇接受单片机指令停止工作，单片机再次发出指令，开启电热片。周而复始使温度始终控制在需求的控制范围之内。该系统测温范围为200400，报警上、下限为250-350。2 系统特点 精度高、测温范围广、报警及时，可广泛应用于基于单片机的测温报警。（二）系统分析及设计1系统框图LED温度显示器电 热片温度传感器数模转换器AT
4、89S52单片机电磁继电器超温示警蜂鸣器温度控制系统设计框图2系统组成分析1）AT89S52单片机AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。主要性能：1、三个16位定时器/计数器； 2、六个中断源； 3、全双工UART串行通道； 4、低功耗空闲和掉电模式； 5、掉电后中
5、断可唤醒； 6、看门狗定时器； 7、双数据指针； 2）温度传感器信号采集与放大电路Pt100输入：179.528-247.092本设计采用热电阻传感器PT100，又叫铂电阻，热电阻，是一种温度传感器，铂电阻温度系数为0.0039，0时电阻值为100，电阻变化率为0.3851/。 采用不锈钢外壳封装，内部填充导热材料和密封材料灌封而成，尺寸小巧，适用于精密仪器、恒温设备、流体管道等温度的测量，非常经济实用。铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区（-200400）最常用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计。 按IEC751国际标准， 温度系数TC
6、R=0.003851，Pt100（R0=100）、Pt1000（R0=1000）为统一设计型铂电阻。 PT100温度传感器原理PT100是一个温度传感器,是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热电阻传感器,可以工作在 -200 至 650 的范围.电阻式温度检测器(RTD,Resistance，Temperature Detector)是一种物质材料作成的电阻,它会随温度的上升而改变电阻值,如果它随温度的上升而电阻值也跟著上升就称为正电阻系数,如果它随温度的上升而电阻值反而下降就称为负电阻系数。大部分电阻式温度检测器是以金属作成的,其中以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,最为稳定耐酸碱、不会变质、
7、相当线性最受工业界采用。PT100温度感测器是一种以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro(1+T)其中=0.00392,Ro=100(在0的电阻值),T为摄氏温度因此白金作成的电阻式温度检测器,又称为PT100。PT100温度传感器为正温度系数热电阻传感器，主要技术参数如下： 测量范围：-200+650； 允许偏差值： A级 ， B级 ； 响应时间30s； 最小置入深度：热电阻的最小置入深度200mm； 允通电流5mA。另外，PT100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。鉑热电阻的线性较好，在0100摄氏度之间变化时，
8、最大非线性偏差小于0.5摄氏度。鉑热电阻阻值与温度关系为： -200t0时，； 0t850时，；式中，A=0.00390802；B=-0.000000580；C=0.0000000000042735。可见PT100在常温0100摄氏度之间变化时线性度非常好，其阻值表达式可近似简化为：，当温度变化1，PT100阻值近似变化0.39。1：Vo=2.55mA 100(1+0.00392T)=0.255+T/1000 。2：量测Vo时,不可分出任何电流,否则量测值会不准。电路分析由于一般电源供应较多零件之后,电源是带杂讯的,因此我们使用齐纳二极体作为稳压零件,由于7.2V齐纳二极体的作用,使得1K电阻
9、和5K可变电阻之电压和为6.5V,靠5K可变电阻的调整可决定电晶体的射(集极)极电流,而我们须将集极电流调为2.55mA,使得量测电压V如箭头所示为0.255+T/1000。其后的非反向放大器,输入电阻几乎无限大,同时又放大10倍,使得运算放大器输出为2.55+T/100。6V齐纳二极体的作用如7.2V齐纳二极体的作用,我们利用它调出2.55V,因此电压追随器的输出电压V1亦为2.55V。其后差动放大器之输出为Vo=10(V2-V1)=10(2.55+T/100-2.55)=T/10,如果现在室温为25,则输出电压为2.5V。工作原理:传感器的接入非常简单,从系统的 5V 供电端仅仅通过电阻就
10、连接到 PT100 了.这种接法通常会引起严重的非线性问题,但是.由于有了单片机的软件校正作为后盾,因此就简化了传感器的接入方式.3）模数转换器ADC0809引脚图A/D转换器芯片ADC0809简介 8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关以及相应的通道抵制锁存用译码电路，其转换时间为100s左右。ADC0809的内部结构ADC0809的内部逻辑结构图如下图所示。 ADC0809内部逻辑结构图中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。地址锁存与译码电路完成对 A、B、C 3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道
11、选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连，通道选择表。 信号引脚ADC0809芯片为28引脚为双列直插式封装，对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下：IN7IN0模拟量输入通道 ALE地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。START转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持 低电平。本信号有时简写为ST.A、B、C地址线。 通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。其地址状态与通道对应关系见
12、表CLK时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号EOC转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。D7D0数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高 OE输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。Vcc +5V电源。Vref参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V(
13、Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V).电路连接主要涉及两个问题。一是8路模拟信号通道的选择，二是A/D转换完成后转换数据的传送。8路模拟通道选择： 启动A/D转换只需要一条MOVX指令。在此之前，要将P2.0清零并将最低三位与所选择的通道对应的口地址送入数据指针DPTR中。例如要选择IN0通道时，可采用如下两条指令，即可启动A/D转换：MOV DPTR , #0FEF8H ；送入0809的口地址MOVX DPTR , A ；启动A/D转换（IN0）注意：此处的A与A/D转换无关，可为任意值. 转换数据的传送A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何
14、确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。（1）定时传送方式对于一种A/D转换其来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128s，相当于6MHz的MCS-51单片机共 64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。（2）查询方式 A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可却只转换是否完成，并接着进行数据传送。（3）中断方式把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号以中断方式进行数据传送。不管使用上述那种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据
