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1、 芜湖职业技术学院毕 业 论 文题 目 电烤箱温度控制系统 院系名称： 芜湖职业技术学院 专业班级： 计算机应用技术 学生姓名： 杨双银 学 号： 120401127 指导教师： 黄河 2015 年 月 日 电烤箱温度控制系统的设计摘 要温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学等学科都离不开温度。在实验研究和工业生产中，比如机械制造、化工、电力、石油、冶金、航空航天等领域，都离不开温度的研究，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。在实际的生产环境和科学实验中，我们要对温度进行有效的控制，可以采用数字调节仪表或者模拟，但是它们却存在着一定的缺陷。而用单片机进行温度的调节就具备更高
2、的可靠性和灵活性。基于单片机所组成的数据采集和控制系统，被广泛的应用于各个领域。本文介绍了以AT89C52单片机为核心的电烤箱温度控制系统。电烤箱温度控制系统由两个部分组成：硬件部分和软件部分。其中硬件部分包括：单片机电路、传感器电路、放大器电路、A/D转换电路、键盘和显示电路。软件部分包括：主程序、运算控制程序和各种功能实现模块程序。关键词：单片机，电烤箱，温度，控制。目录1 引言11.1课题研究的意义11.2温度控制系统国内外发展现状11.3温度控制器的发展前景11.4课题研究的主要内容及要求22 电烤箱温度控制系统整体方案设计32.1电烤箱温度控制系统的方案概述32.2温度控制系统硬件体
3、系结构设计33 硬件电路的设计43.1单片机电路的选用43.1.1中央处理器CPU43.1.2 AT89C52单片机引脚功能53.1.3 AT89C52单片机存储器63.1.4 AT89C52单片机时钟电路及时序73.1.5 AT89C52单片机的复位电路83.1.6 AT89C52单片机的指令系统93.2传感器电路的选用93.2.1传感器概述93.2.2传感器的分类93.2.3传感器的基本特性103.2.4热电阻的测温线路113.3 A/D转换电路的设计113.3.1 A/D转换器的性能指标113.3.2 A/D转换的一般工作过程123.3.3 A/D转换器MAX1241123.4键盘电路的
4、设计153.4.1键盘简介153.4.2键盘接口需解决的问题153.4.3矩阵式键盘163.5 LCD显示电路设计173.5.1 LCD的概述173.5.2 LM016L型LCD173.6放大器电路设计193.6.1 BJT放大电路193.6.2 集成电路运算放大器193.7温度反馈控制的实现电路203.8抗干扰电路设计203.8.1干扰的来源与分类203.8.2抗干扰措施214程序设计224.1工作流程224.2功能模块224.3温度控制程序流程图235 结论24参考文献25致谢27附录28附录291 引言1.1课题研究的意义温度的测量以及控制在工业生产中广泛应用，在工农业生产、科研以及日常
5、生活等领域都有重要的地位。温度控制系统是人类供热和取暖的主要设备的驱动来源，至今也有两百多年的历史。随着生产力的发展和对温度控制精度的要求不要提高，从低级到高级，从简单到复杂，温度控制系统得到迅猛发展。现在智能温度控制系统普遍应用于社会生活、工业生产的每个领域，适合于汽车、电力、电子、材料等行业，成为国家发展国名经济的重要热工设备之一1。在现代化建设的进程中，能源的需求十分大，我国与发达国家相比，能源的利用率比较低。所以研究温度控制系统有着非常重要的意义2。1.2温度控制系统国内外发展现状国内虽已经普遍使用温度控制系统，但技术水平仍然不高，与发达国家相比有着较大差距3。目前，我国在这方面的技术
6、水平处于20世纪80年代中后期水平，成熟产品主要以“点位”控制及常规PID控制器为主，它也只能适应一般温度控制，难以控制复杂、时变、滞后的温度控制系统，而智能化、自适应控制仪表等应用于较高级控制场合的温度控制器，国内技术水平还不成熟。国外已经有较多比较成熟的产品，但是国外技术的保密性和我国开发研究工作的滞后，还没开发出性能可靠的自整定软件。控制参数主要靠人工经验和现场调试确定。国外温度控制器发展速度快，同时在自适应、智能化等方面取得了相应成果。美国、日本、德国等技术领先，生产出了一批性能优异的温度控制器和仪器仪表，并在各行各业普遍应用4。它们主要有以下的特点：一是可以在大滞后、大惯性等复杂系统
7、中进行温度控制；二是可以在受控系统过程复杂、参数时变的系统中进行温度控制；三是温度控系统广泛采用自校正控制、模糊控制、人工智能等理论及计算机技术，运用先进的技术，控制的范围广泛；四是温度控制器一般都具有自动整定功能，借助计算机软件技术的帮助，温度控制器具有对温度控制参数和特性进行自整定功能。五是控制精度高、抗干扰能力强的优点。5可以看出，国外温度控制系统正朝着智能化、高精度、微型化等方面快速发展6。1.3温度控制器的发展前景目前社会上温度控制器大多采用智能调节器，国内生产的调节器分辨率和精度较低，温控效果不是很理想，价格便宜，国外调节器分辨率和精度较高，价格较高。通过对智能控制算法及相关温度控
8、制器的研究，设计出了一整套的温度控制系统，将嵌入式引进温度控制系统中，加入LCD显示和键盘。可以清楚显示系统的运行状态，用户可以根据实际情况随时更改初始数据，使温度控制系统更加智能化。此设计方法弥补了国内调节器精度低的缺点。如果我国的大中型企业使用技术水平高的温度空设备，可以提高生产效率，降低能源消耗7。嵌入式温度控制系统符合国家提出的“节能减排”的要求，符合经济发展要求，具有十分广阔的市场前景8。比如电力部门1980年产生的废气是现在的八倍，相当于多开采了三个中型煤矿。在微电子行业中，温度控制系统的重要性也越来越大。因此，温度控制系统前景十分广泛，研究温度控制系统的意义也是非常重大。1.4课
9、题研究的主要内容及要求本设计当中本人的主要工作如下：1.主要内容：设计一个电烤箱温度控制系统，要求在一定范围内电烤箱温度保持在设定温度上；要求温度范围为0-200；温度值、控制参数等可以手动设置并能显示设定温度、实际温度等；系统的启动和停止等操作可以通过键盘控制；温度控制精度要求在正负5。2.基本要求：以AT89C52单片机为核心控制单元，设计包括：a).硬件电路的设计：包括单片机电路，A/D转换电路，放大电路，传感器电路，键盘和显示电路。b).通过对单片机编程，在LCD液晶上显示设置温度和实际温度。c).整合程序，保证电烤箱温度控制系统得以实现。d).完善程序：增加系统的稳定性，使温度误差在
10、允许的范围内。2电烤箱温度控制系统整体方案设计2.1电烤箱温度控制系统的方案概述电烤箱温度控制系统大致可分为温度的测量、传输、A/D转换，再通过单片机按照设置的程序进行比较，确定是否继续加热，并且在LCD上显示设置温度和实际温度。电烤箱是一种烘烤食物的电热器具，它通过电热元件所发出来的辐射热进行加热。电烤箱的温度范围一般为室温到250。通常升温到200大约需要20分钟时间，通过程序可以控制加热时间，如果设置的时间比较短，电热元件产生的功率比较大，电烤箱加热的温度会超过设置的温度，然后停止加热；如果程序设置的时间充裕，电烤箱会缓慢加热到设置温度，并且精度比较高。2.2温度控制系统硬件体系结构设计
11、电烤箱温度控制系统以AT89C52单片机为核心，外部加上一些电路，由LM016L型的LCD显示设置温度和实际温度，电烤箱内的温度，由温度传感器检测，经放大后通过A/D转换器转换为二进制数，单片机要不断扫描A/D转换器输入的温度数据，并且与设置的温度进行比较，来控制是否继续加热。当电烤箱温度达到设置的温度时，停止加热；当电烤箱温度低于设置的温度时，继续加热，直到加热到设置温度。当单片机工作异常时，可以按复位键使得单片机工作正常。电烤箱温度控制系统结构图如图2-1所示。电炉光耦继电器传感放大器ADC单片机温度显示键盘控制声音报警图2-1电烤箱温度控制系统结构图3硬件电路的设计温度控制是工业生产过程
12、中经常遇到的控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。根据温度变化快慢的特点，并且控制精度不易掌握等特点，本文电烤箱的温度控制为模型，设计了以AT89C52单片机为检测控制中心的温度控制系统，显示采用LCD显示。该设计结构简单，控制算法新颖，控制精度高，有较强的通用性。系统的硬件部分包括单片机电路、A/D转换器、放大器、传感器、键盘及显示电路五大部分。3.1单片机电路的选用单片机由于体积小、可靠性高、使用方便的特点，使它得到广泛应用。根据温度控制系统的特点，本次设计采用AT89C52单片机。AT89C52单片机是美国Inter公司
13、生产的8位单片机系列，是目前应用最为广泛的一种单片机系列9。主要包括CPU、存储器、I/O接口和时钟电路等部分。3.1.1中央处理器CPUCPU是单片机的核心，是单片机的控制和指挥中心，由运算器和控制器等部件组成。89C51单片机的运算器包含一个8位算术、逻辑运算单元ALU，两个8位暂存器1、2，8位累加器ACC，以及程序状态寄存器PSW和寄存器B等等。ALU：可对4、8、16位的数据进行操作，能做代数运算、逻辑运算、大小比较、位数调整等运算。ACC：就是我们经常说的累加器，把存储在它里面的数据送入经暂存器2，然后再送到ALU的输入端，再和暂存器1里的数据进行运算，运算返回的值又送回累加器。此
14、外，ACC还经常作为传送数据的中转站。它的工作量是最大的。用助记符A表示。PSW：程序状态寄存器，8位，它显示指令执行后的状态信息，相当于标志寄存器。PSW中的各种状态是用来提供给程序查询和判别之用的。寄存器B：8位寄存器，在乘、除运算时，B寄存器用来存放一个操作数，也可来存放运算后的一部分结果；若不做乘、除运算，则可以作为通用寄存器使用。控制器它是由指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）、振荡器、指令译码（ID）和定时电路等组成的。程序计数器PC：由高8位PCH计数器和低8位PCL计数器组成。PC用来记录程序的字节地址，程序将要执行的下一条指令的地址是存储在PC中的。要想改变程序执行的方向可以通过改变PC的内容。指令寄存器IR和指令译码器ID：经PC指定的Flash ROM地址后，取出来的指令先是经过指令寄存器送到指令译码器，由指令译码器对指令进行译码同时送给PLA一系列的控制信号，来执行规定的操作。振荡电路及定时电路：此系列单片机本身就带有振荡电路，当我们要用到此功能是仅需要外接一个石英晶体和调频电容，电容的频率可以设置在24MHz之内得到的脉冲
