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基于单片机的电烤箱温度系统

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文档分类: 单片机

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关于本文

  • 本文标题:基于单片机的电烤箱温度系统.docx
  • 链接地址:https://wk.sbvv.cn/view/16472.html
  • 内容摘要:毕业设计(论文)题目:基于单片机的电烤箱温度系统X学院专业学号:学生姓名:指导教师:(职称:)该行保留(职称:)二〇一九摘要由于中国的经济很快发展,人们的生活质量有所改善,群众的创新能力在不断进步。工人的劳力及其体力,将会由人们发明的机器来代替。这样一来还能促进工业的发展。电子技术的运用更加使得社会的格局变得更加的微妙。机电控制系统现如今慢慢的变成了机械行业以及电子行业技术集成的共性关键技术。使用者可以根据自己的想法来操作机器的动作。根据现在的机电控制技术的发展状况,其控制方式可以看到,主要是两种:单片机和PLC。于是我们决定用单片机控制。这个机器其实在当今生活中的使用中,已经渐渐普及。温度控制经常在工业的活动中可以普遍用到,比如:石油化工到电力的生产,冶金到建材的运用,食品机械的加工等,都需要对温度进行控制,温度的合理控制对产品最后的质量也有很大的效果。由此可见,使用单片机进行温度控制在当代甚至未来都是会占据一定的位置。这篇文章其实是根据AT89C51单片机在对电烤箱用来控制温度过程的这个系统的设计。这个系统由两个部分构成:他们分别是硬件部分和软件部分。其中硬件部分包括:单片机电路、转换器电路以及键盘还有显示电路等等。软件部分包括:主程序等。文章最后对本设计进行了总结,并且我们也对用来控制温度的这个系统的发展发表了一些意见。关键词:用来控制温度的系统;电烤箱;单片机AbstractWiththedevelopmentofsocialeconomypeoplesinnovativeabilityisalsocotantlyimproving。Machinesinventedbypeoplehavereplacedthelabourandphysicalstrengthofworkeandpromotedthedevelopmentofindustry。Theapplicationofelectronictechnologymakesthesocialstructuremoredelicate。Theelectromechanicalcontrolsystemhasgraduallybecomethecommonkeytechnologyoftechnologyintegrationinmechanicalindustryandelectronicindustry。Usecanoperatethemachineaccordingtotheirownideas。Accordingtothecurrentdevelopmentofelectromechanicalcontroltechnologyitscontrolmodecanbeseenthattherearemainlytwokinds:singlechipcomputerandPLC。Thedesignofthispaperdecidestousesinglechipcomputertocontrol。Infactmicrocontrollerintheuseoftodayslifehasgraduallybecomepopular。Temperaturecontrolcanbewidelyusedinindustrialactivitiessuchas:petrochemicalindustrytopowerproductionmetallurgytobuildingmaterialsfoodmachineryprocessingetc。allneedtocontroltemperaturereasonablecontroloftemperaturehasgreateffectonthefinalqualityofproducts。Itcanbeseenthattheuseofsinglechiptemperaturecontrolinthecontemporaryandeveninthefuturewilloccupyacertainposition。ThispaperismainlybasedonAT89C51MCUtodesignthetemperaturecontrolsystemofelectricoven。Thetemperaturecontrolsystemofelectricovenhastwoparts:hardwarepartandsoftwarepart。Thehardwarepartincludes:singlechipcircuitseorcircuitamplifiercircuitconvertercircuitkeyboardanddisplaycircuit。Thesoftwarepartincludesthemainprogramtheoperationcontrolprogramandtheprogramofeachfunctionrealizationmodule。Finallythedesignissummarized。Somesuggestioforthedevelopmentoftemperaturecontrolsystemareputforward。Keywords:temperaturecontrolsystemelectricovensinglechipcomputer目录摘要IAbstractII1引言12概述22。1技术指标22。2控制方案23硬件部分设计33。1单片机电路设计43。1。1中央处理器CPU43。1。2AT89C51单片机引脚功能63。1。3AT89C51单片机的存储器结构83。1。4AT89C51单片机的并行10端口83。1。5AT89C51单片机时钟电路及时序93。1。6复位电路103。1。7AT89C51单片机的指令系统113。2传感器电路设计113。2。1传感器概述123。2。2传感器的基本特性133。2。3热电阻的测量电路及应用133。3AD转换电路设计143。3。1逐次逼近型AD转换器ADC0809143。3。2AT89C51单片机与ADC0809接口163。4放大器电路设计183。5键盘及显示电路设计193。5。1键盘接口电路193。5。2LED显示器接口电路213。6抗干扰电路设计223。6。1单片机应用系统电磁干扰控制的一般方法223。6。2硬件抗干扰措施234软件部分设计244。1工作流程244。2工作模块244。3资源分配254。4功能软件设计254。4。1键盘管理模块254。4。2显示模块274。4。3温度检测模块294。4。4温度控制模块314。4。5温度越线报警模块335总结355。1本次用来控制温度的这个系统设计中存在的问题及其解决方法355。2单片机控制系统的发展方向36致谢37参考文献38附录391引言最近几年来,温度测量理论的发展不断的完善。想要在实际测量以及控制中,确保准确及时的实施对温度采样,保证数据的准确传达,而且能够在测温度场被进行更准确的控制,还是当今需要重点研究的课题。其实这个及时主要有两个方面,他们分别是温度测量还有控制技术。对于这种有关温度的测量技术,最先被发现的其实是接触式的温度测量技术这个技术。这种技术具有简单、可靠、测量精度较高等优点,能够测量到真实准确的温度。然而长时间的监测元件处于受热的惯性影响,导致响应的时间变长,且对于一些微小热量的物体很难感应到准确的温度。同样,这种方法不适合进行有关腐蚀性物质的温度测量。测量超高温的物质的时候,也很难准确的测量运动中的物体的温度。但是如果说非要和非接触式测温方法作对比,那么它就是经过使用辐射能量检测,从而达到测量温度的目的。它具有以下的特点:不会受到测温场的影响;能够测量微热量的小巧物体;不仅可以测量处于运动状态的物体,还可以测量其运动物体的温度,并且能够感应测量到区域的温度分布情况,且反应的速度也特别快;当然也存在着一些缺点,比如:测量值的误差比较大;存在测量误差较大;测量的结果往往只是表明的物体的表观温度它的内部内部设置结构复杂,且机器的价格也贵。其实由于人们不合理的运用电烤箱而发生的火灾情况频发,所以设计出一个基于单片机的控制功能的智能烤火箱系统,来预防电烤箱火灾的形成并且确保使用的安全性以及环保节能性刻不容缓。该系统具体是使用单片机来作为控制芯片,通过使用电阻传感器来进行温度的采集,设置按钮来对温度进行控制。此系统能够利用显示屏来直接的显示出了温度值让人能简单的看清楚电烤箱的温度变化。通过按钮的操作对温度的调节也是非常便利的,而且温度的精度也是非常的高此外,单片机的价格也是不贵的,不仅可以保证系统的安全性,还具有极高的资金效益,因此在工业生产上具有很大的价值。2概述温度控制在工业的生产是会普遍遇到的,在生产的过程中进行的控制对最后的温度控制效果具有一定的影响,所以说,设计出一种特别具有适用价值的用来控制温度的这个系统,现实意义很大。通过观察温度变化的特点还有它控制的准确度不易掌控等因素,把电烤箱的温度控制当作对象,因此开展了以AT89C51单片机为中心的用来控制温度的这个系统的设计。我们选择了PID数字控制算法,用来对温度的控制,显示用的是3位LED静态。它设计整体的结构简单,控制算法新颖,有很好的控制精度和较高的通用性。2。1技术指标电烤箱一些指标以下所示:(1)通过2kW的电炉加热,它能够达到的最高温度为500℃。(2)温度可以进行预置,为了确保温度的控制误差≤&#177;2摄氏度。我们用恒温控制对它烤干,(3)进行预置的时候显示设定温度值,烤干的时候显示出当时的烤干温度值,显示值需要被精确到1摄氏度。(4)当温度的设置温度大于&#177;5摄氏度的时候,立马发声进行报警。(5)升降温线性走向并不重要。2。2控制方案根据不同的产品工艺,温度控制的准确度也是不一样的,所以我们选择的控制算法也要随之变动。根据用来控制温度的这个系统的动态特点来看,如果系统的精度或者温度控制的线性性能需求比较高的时候,可以通过使用PID算法来进行温度的控制。它是一个老式的闭环控制。其实系统对对精度和升降温线性走向并没有太大要求,这一点是可以通过技术指标发现的,故此它选了最简单的通断方法。应该断开加热电炉当烘干箱的温度达到设置的温度值;如果温度降低到设置的某个温度值的时候,就开始接通电炉进行加热,以确保能够维持恒温进行温度控制。3部分设计它主要包括了五个部分:单片机、AD转换器、放大器、传感器以及键盘显示电路。其余连接关系如图31所示。图31电烤箱用来控制温度的这个系统的结构3。1单片机电路设计由于中国的科学技术很快发展,由于单片机的体积小和使用方便等特点,它在工业生产中被广泛利用,设计选择AT89C5型式的单片机是按照了温度控制的特征。以下将对其进行详细介绍。这个型号的机器是英特尔的8位高端单片机。它也是应用最广泛的单片机系列。其内部结构简化如下。它主要是由存储器(包括RAM和ROM)、CPU、I\0接口还有时钟电路构成。3。1。1中央处理器CPUCPU是单片机的核心。它是计算机的控制和指挥中心。它类似于一般微型计算机的CPU。它的内部CPU主要是是控制器和计算器。图32为它内部结构的简化框图。图32内部结构简化框图1。运算器算术逻辑单元电路的核心是AT89C51逻辑单元ALU。它由累加器ACC、寄存器B、暂存器和布尔处理器等组成。它主要进行数据算术运算和数据传输等操作。状态是程序寄存器psw存储。①单元ALU与ACC、寄存器B它可以8位二进制的四则运算。还能够对8位变量逻辑操作。AccumulatorAcc(AccumulatorA)是一个8位寄存器,它是CPU中最常用的寄存器。专门存储操作数或操作结果。②程序状态寄存器它是一个8位状态寄存器,用来存储标志寄存器。可以存储执行后的指令状态,可以查询和识别。PSW中每位的状态通常在执行指令时自动设置。但可以根据需要通过用户的指令进行更改。它有进位标志位cy、辅助进位标志位ac、用户定义标志位f0、工作寄存器组选择位1、0等③控制器它是单片机的神经中枢。它包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、缓冲器以及定时器控制电路。它首先根据主频时序解码,然后传输信号。完成定时控制操作。用于协助它的正常工作。3。1。2AT89C51单片机引脚功能它有采用两种封装方式:一是双列直插,二是方形。它的40个引脚以及总线结构如图所示。低功耗芯片也用方形。但是有44个引脚,其中4个不用。因为它是一种高性能的单片机。同时,它受引脚数量的限制,因此一些引脚具有第二个功能。图33是单片机引脚图。图33单片机引脚图1。主电源引脚主电源引脚两根:VCC接+5V电源正端VSS接+5V电源地端。2。外接晶体引脚两根XTAL1:连石英体、微调电源一端。XTAL2:连晶体与微调电容的另一端。当使用外部时钟时,对于HMOS单片机,,XTAL2脚作为外部振荡信号的输入。CHMOS单片机的XTAL1脚作为的输入,但XTAL2脚没有连接。3。引脚功能I\0引脚共32根。①PO口:PO口,它是一个8位双向I0端口线路。Po端口可以用作地址数据总线和通用I0端口。它可以用作无片外存储器和非扩展I0端口的准双向输入输出端口。当与片外存储器或扩展I0连接时,Po端口是分时复用的,分为低8位地址总线和双向数据总线。②P1口:P1。0P1。7,合称为P1口。是8位准双向I0口线。P1口作为通用的I0口使用。③P2口:p2。0p2。7统称为p2端口。它是一条8位准双向I0线。P2端口可用作通用I0端口。它也可用作片外存储器的高8位地址线。16位片外存储器单元地址由Po端口组成。④P3口:P3。0P3。7统称为P3端口。它是一条8位准双向I0线。P3端口用作准双向端口。每个引脚还具有第二个功能。P3端口的每个引脚可以独立定义为第一个功能或第二个功能的输入和输出。P3端口的第二个功能如下表所示:P3口的第二功能P3。0RXD串行口输入P3。1TXD串行口输出P3。2IMO外部中断0输入P3。3:IM1外部中断1输入P3。4TO定时计数器0计数输入P3。5T1定时计数器1输入P3。6WR片外RAM写选通信号(输出)P3。7RD片外RAM读选通信号(输出)4。控制线控制线有四根。①ALEPR0G地址锁存有效信号输出率。②PSEN片外程序存储器读选通信号输出端低电平有效。③TVPD复位信号备用电源输入信号。④EAVPP片外程序存储器选用端。3。1。3AT89C51单片机的存储器结构AT89C51单片机的存储器结构分为片内数据存储器、片内程序存储器、片外数据存储器和片外程序存储器四个存储空间。3。1。4AT89C51单片机的并行10端口AT89C51单片机有四个8位并行I0端口(Po、P1、P2、P3)。每个端口有八个I0端口。每个I0端口单独用作输入和输出。在片外扩展存储器系统中,P2口发送高8位地址,PO口及时发送低8位地址和8位数据。每个端口的功能和结构不同,但每个端口的8位结构完全相同。如图24I0口位结构图所示。P0口。Po端口是一个三态双向接口,可用作地址数据分时复用接口或通用I0接口。P1口。P1口为准双向口。它在结构上与输出驱动程序的po端口不同。其输出驱动部分由场效应晶体管v1和内部上拉电阻组成。当某一位输出高电平时,它可以提供上拉电流负载,因此它不需要像在po端口那样在外部接上拉电阻。P2口。p2端口也是准双向端口。它具有两个通用IO接口或高8位地址总线输出功能,所以它的输出驱动结构比P1端口的多了一个开关MUX和反相器3。P3口。P3端口的输出驱动程序由非门3和v1组成。与P0、P1和P2端口的结构相比,还有一个额外的缓冲区4。P3端口。每条线路除了一般的准双向I0接口外还有第二个功能。图34I0口位结构图3。1。5AT89C51单片机时钟电路及时序1。时钟电路AT89C51单片机的时钟信号通常有两种形式:一种是内部模式,另一种是外部模式。图35、36所示。2。时序它的指令字节数和机器的周期数有六类。也就是单字节单机循环指令、单字节双机循环指令、双字节双机循环指令和三字节双机循环指令等。图35内部电路图36外部电路3。1。6复位电路它是将寄存器值变成初始的一种方法。工作后,它可以在TVPD端连续给出两个高电平周期,完成复位。复位分为上电和按键手动两种。AT89C51单片机复位状态如下表所示:寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HACC00HBO0HPSW00HSP07HDPTR0000HP0P1OFFHIPXXX00000BIE0XX00000BTM0D00HTCON00HTLO、TL100HTHO、TH100HSCON00HSBUF不定PCON0XXX0000B3。1。7AT89C51单片机的指令系统控制计算机和操作的指令是一组称为机器语言的二进制代码。计算机只能识别和执行机器语言指令。它的指令与指令系统中有111条,可分为五大类:数据传输、程序控制转换和位运算等等。3。2传感器电路设计由于新技术革命,世界正慢慢成为信息时代。在使用信息的过程中,第一步要进行的是获得正确可靠的信息。它是获取自然和科学等研究领域信息的主要途径。3。2。1传感器概述按照国家标准,传感器被定义为能够感应到规定测量值并根据一对一规则将其转换为可用输出信号的装置或装置。传感器一般由三部分组成:敏感元件、转换元件和转换电路。其框图如图27所示。图37传感器组成框图它是直接感知被测量并输出和它有某种关系的元件。转换元件和敏感元件的输出是其输入。它将输入转换成电路参数。转换电路,上述电路参数均与转换电路相连,转换电路可转换成电能输出。根据工作原理,传感器可分为物理、化学和生物的传感器。由一些变换元件的物理特性和一些动作功能材料的特殊特性组成的,是物理传感器。化学传感器是根据电化学原理。把浓度量、无机和有机化学成分转换为电信号。通过利用生物选择性识别测定生化物质的传感器是生物传感器是。改变步进电机的方向。两相电机可以将单相电机的导线转换成电机的驱动器,如A+和A交换。三相电动机必须按顺序交换两个相,如A+和B+交换、A和B交换。科学技术的发展和社会进步的需要促进了传感器技术的快速发展。目前,传感器技术的发展方向主要包括开发新传感器以及新材料、选择新技术、多功能、智能化等。3。2。2传感器的基本特性根据测量数据的变化情况,传感器的输入可分为静态和动态两类。静态量是指状态信号或程序的变化及其对传感器输入量的缓慢准静态信号,动态量是指传感器输入量的时变信号,如周期信号、瞬态信号或随机信号。在静态标准工作条件下测量传感器的静态特性。测量传感器静态特性的主要技术指标有量程、线性、滞后、重复性、灵敏度、漂移等。传感器的动态特性是指传感器对输入变量随时间的响应特性。3。2。3热电阻的测量电路及应用热阻电桥中常用的引出线有两种、三种和四种。当使用两种浅连接方法(如图38所示的RT连接方法)时,引线连接到桥的一个臂上。当环境温度或电流引起温度变化时,会产生附加电阻和测量误差。因此,当热电阻值较小时,通常采用三线四线连接的方法来消除接线电阻和引线电阻的影响。三线连接是将两个具有相同温度特性的相邻臂连接起来。此时,由附加电阻引起的电阻变化是相同的。根据它的特点,输出会抵消。图38热电阻的接线方式连接方式r2=r3为固定电阻,r1可调,热阻rt由四根主导线和电桥连接,电阻为r1、r2、r3、r4。R1和R4分别串联在两个相邻臂中。R2和R3与电源串联,接通开关,调节R1平衡电桥。则R1+r1=Rt+r4接通B,重调R1,使达到新的平衡,则R1’+r1=Rt+r1两式相加得:Rt=R1+RI2方法比较麻烦,用于精度要求高的场合。3。3AD转换电路设计3。3。1逐次逼近型AD转换器ADC08091。ADC0809的内部逻辑结构(如图39)图39ADC0809内部逻辑结构图如图所示,它可达到对应的89个模拟通道,8个模拟被输入分时,共享一个AD转换器转换。地址锁存解码电路完成A、B、C三个地址的锁存解码,解码输出用于通道选择。它为逐次逼近型,由控制时序电路、树型开关及其256R电阻下网络组成。锁存器用于存放和输出转换的数字量2。ADC0809的引脚及各引脚功能它是双引直插式封装,它的引脚排列见图所示。图310ADC0809引脚功能图各引脚功能如下:INT2NO:对于模拟量输入端,ADC0809主要要求两个信号的单极性,电压范围为0。5V,如果信号太小,需要放大。此外,在AD转换中,模拟量的输入值变化不应太快。因此,在模拟量输入前应增加采样保持电路,并具有快速变化的速度。A、B、C:地址线,A是低地址,C是模拟通道选择的高地址。ALE:地址锁存允许信号在相应的ALE、A、B、C地址状态下跳到地址锁存器中。START:转换启动信号。START上跳转时,所有内部寄存器清除0;跳转时,进行AD转换,转换期间,应保持低水平。DTDO:输出线采用三态缓冲输出,直接与它的数据线连接。DE:输出允许信号,内部电路,所需信号由外部提供,所以有时钟信号针。通常用500kHz的时钟信号。CLK:时钟信号,ADC0809内部时钟电路,所需的时钟信号是由外界提供的,所以有一个时钟信号,通常使用的频率为500kHz的时钟信号。EOC:正在转换到结束状态信号E0C=0;E0C=1,转换结束。状态信号既可用作查询的状态符号,也可用作中断请求信号。⑨、Vcc:+5电源。⑩、Vref:参考电压用来与模拟信号进行比较,作为逼近的基准,曲型。。。
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