温度检控系统(论文).doc

基于单片机的温度测量与控制系统郑州科技学院毕业设计（论文） 题 目 _ 基于单片机的温度 测量与控制系统 学生姓名 连迎景 专业班级 通信（ ）班 学 号 20 26 所 在 系 信息科学与工程系 指导教师 xxxxxx 完成时间 2011年3 月28日 I 基于单片机的温度测量与控制摘 要随着国民经济的发展，人们需要对各中加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行监测和控制。采用单片机来对他们控制不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。本设计采用AT80S51作为主控制芯片。80S51的接口电路有8255A、ADC0809。8255A用于扩展LED显示器接口，ADC0809可作为信号转换器件。其中温度控制电路是通过可控硅调功器实现的。双向可控硅管和加热丝串联接在交流220V，50HZ交流试点回路，在给定周期内，80S51只要改变可控硅管的接通时间便可改变加热丝功率，以达到调节温度的目的。关键字： 温度控制,接口电路,可控硅 Design of Temperature ControlSystem Based on SCMABSTRACTAlong with national economy development, the people need to each heating furnace、the heat-treatment furnace、in the reactor and the boiler the temperature carry on the monitor and the control. Not only uses the monolithic integrated circuit to come to them to control has the control to be convenient, simple and flexibility big and so on merits, moreover may enhance large scale is accused the temperature technical specification, thus can big enhance the product the quality and quantity.This design uses the AT8051 as the main control chip. 8051 interface circuit has 8255A, ADC0809 .8255A used to extend the LED display interface .ADC0809 can serve as signals change device.Among them, the temperature control circuit is through SCR adjustable dynamometer realize The bidirectional silicon-controlled rectifier tube and the heater series connection in exchange 220V,50HZ exchange city electricity return route, in assigns in the cycle, 8051 so long as the change silicon-controlled rectifier tube puts through the time then to be possible to change the heater power, achieves the attemperation the goal.KEY WORDS： Temperature control,Interface circuit,Silicon-controlled rectifier目 录基于单片机的温度测量与控制系统1 引言1.1 本课题研究背景、目的和意义温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。成熟的温控产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它们只能适应一般温度系统控制，而用于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。随着我国经济的发展及加入WTO，我国政府及企业对此都非常重视，对相关企业资源进行了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，开展创新性研究，使我国仪表工业得到了迅速的发展。随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速，一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。温度是工业对象中的一个重要的被控参数。然而所采用的测温元件和测量方法也不相同；产品的工艺不同，控制温度的精度也不相同。因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。传统的控制方式以不能满足高精度，高速度的控制要求，如温度控制表温度接触器，其主要缺点是温度波动范围大，由于他主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的目的，受仪表本身误差和交流接触器的寿命限制，通断频率很低。近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式，如：PID控制，模糊控制，神经网络及遗传算法控制等。这些控制技术大大的提高了控制精度，不但使控制变得简便，而且使产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生产效率。本系统所使用的加热器件是电炉丝，功率为三千瓦，要求温度在4001000。静态控制精度为2.43。本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。2 单片机温度控制系统方案简介在工业生产和日常生活中，对温度控制系统的要求，主要是保证温度在一定范围内变化，稳定性好，不震荡。系统的原理：温度传感器将采集到的温度信息转换为电信号，之后经放大器放大，再进行模数转换，最后将得到的数字信号送入单片机，单片机通过与预先设置好的上下限温度进行比较，若超过预先的温度范围，则让电路报警，同时单片机通过发送指令给控制器，从而控制加热器。另外，单片机把得到的温度信息（温度值）显示在显示器上。单片机温度控制系统是数控系统的一个简单应用。在冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各类工业中，广泛使用着加热炉、热处理炉、反应炉等，因此，温度是工业对象中一个主要的被控参数。产品工艺不同，控制温度的精度也不同，因而对数据采集的精度和所采用的控制算法也不同。单片微型计算机的功能不断的增强，为先进的控制算法提供的载体，许多高性能的新型机种应运而生。图2-1为系统的总体框图。显示电路温度传感电路单 片加热器越限报警 机键盘电路控制器 图2-1总系统框图3 单片机单片机是单片微型计算机SCM(single chip micro-computer)的译名简称，在国内也常简称为“单片机”。它包括中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、中断系统、定时器/计数器、串行口和I/O等等。单片机主要应用于工业控制领域，用来实现对信号的检测、数据的采集以及对应用对象的控制。它具有体积小、重量轻、价格低、可靠性高、耗电少和灵活机动等许多优点，单片微型计算机(简称单片机)是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活跃和颇具生命力的机种，特别适合用于智能控制系统。3.1 单片机内部模块3.1.1 MCS-51单片机内部结构80C51单片机内部结构见图2.1。它其中包含CPU、震荡器和时序电路、4KB的ROM、256B的RAM、两个16位定时/计数器T0和T1、4个8位I/O端口（P0、P1、P2、P3）、串行口等组成。其中震荡时序与时钟组成定时控制部件。单片机功能如图3-1所示。图3-1 80C51单片机功能方框图3.1.2 MCS-51输入/输出端口的结构与功能MCS-51单片机有4个并行I/O端口，共32根I/O线，4个端口都是准双向口。每个口都包含一个锁存器，即专用寄存器P0-P3，一个输出驱动器和输入缓冲器。为方便起见，我们把4个端口和其中的锁存器都统称P0-P3。 在访问片外扩展存储器时，低8位地址和数据由P0口分时传送，高8位地址由P2口传送。在无片外扩展存储器的系统中，这4个口的每一位均可作为双向的I/O口使用。P0口：可作为一般的I/O口用，但应用系统采用外部总线结构时，它分时作低8位地址和8位双向数据总线用。P1口：每一位均可独立作为I/O口。P2口：可作为一般I/O口用，但应用系统采用外部系统采用总线结构时，它分时作为高8位地址线。P3口：双功能口。作为第一功能使用时同P1口，每一位均可独立作为I/O口。另外，每一位均具有第二功能，每一位的两个功能不能同时使用。3.1.3 CS51单片机的引脚功能及外总线结构MCS-51单片机采用40引脚的双列直插封装形式。单片机的引脚功能：l VSS（40脚）：主电源+5V，正常操作的对EPROM编程及验证时均接+5V电源。VSS（20脚）：接地。l XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）：接外部晶振的两个引脚。l RST/VPD、ALE、/PROG、PSEN控制信号引脚。l RST/VPD（9脚）：单片机复位/备用电源引脚。刚接上电源时，其内部寄存器处于随机状态，在引脚上输入持续两个机器周期的高电平将使单片机复位。VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源，一旦芯片在使用中VCC电压突然下降或短电，能保护片内RAN中信息不丢失，使复电后能继续正常运行。l ALE、/PROG（30脚）：当访问片外存储器时，ALE的输出用于锁存低字节地址信号。即使不访问片外存储器，ALE端仍以不变的频率周期性地出现脉冲信号。其频率为振荡器频率1/6。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时的目的。应注意的是：当访问片外数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲；ALE端可以驱动8个LSET负载。对含有EPROM的单片机，片内EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（PROG）。l PROG（29脚）：输出访问片外程序存储器的读选通信号。CPU在从片外程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次有效。每当访问片外存储器时，这两次有效的PROG信号将不会出现。该端同样可驱动8个LSTTL负载。l EA/VPP（31脚）：当EA 输入端输入高电平时，CPU可访问片内程序存储器4KB的地址范围。若PC值超出4KB地址时，将自动转向片外程序存储器。当EA 输入低电平时，不论片内是否有程序存储器，则CPU只能访问片外程序存储器。3.2 单片机外总线结构微型计算机大多数CPU外部都有单独的地址总线、数据总线和控制总线，而MCS51单片机由于受到芯片管脚的限制，数据线和地址线（低8位）是复用的，而且是I/O口兼用。为了将它们分离开来，以便同单片机之外的芯片正确地相连，常常在单片机外部加地址锁存器来构成与一般CPU相类似的三总线，其总线如图3-2所示。图3-2 总线结构4 系统硬件设计4.1 系统仿真系统Proteus仿真原理图如图4-1所示。图4-1 总系统仿真原理图4.2 按键及显示电路4.2.1.单片机与键盘显示接口技术键盘由一组规则排列的按键组成，一个按键实际上一个开关元件。键盘是一种常用的输入设备。键盘通常包括数字键，字母键以及一些功能键。键盘工作原理：用于计算机系统的键盘通常有两类：编码键盘和非编码键盘。编码键盘能够由硬件逻辑自动提供与键对应的编码。外，一般还具有去抖动和多建、窜键保护电路。这种键盘使用方便，但需要较多的硬件，价格较贵，一般的单片机应用系统较少采用。非编码键盘只简单地提供行和列的矩阵，其他工作均由软件完成。本系统中需要两个按键，分别为调动键和确定键。单片机的P1.3口接调动按键，P1.6口接确定按键。按下“调动”键，中间范围值从80逐渐加1，加至100时变回0再次逐渐加1，不断循环。按下“确定”键，中间范围值不再变化，其加10后为上限值，减10后为下限值，同时显示当前温度值。绿灯表示处于保温状态 ，白灯表示处于通电状态，黄灯表示处于高温报警状态，红灯表示处于低温加热状态。4.2.2 接口扩展4.2.2.1 74LS373简单介绍 l D0D7：数据输入端 l OE：三态允许控制端（低电平有效） l LE：锁存允许端 l O0O7：输出端 真值表如表4-1所示。 表4-1 74ls373真值表74LS373引脚如4-2所示。图4-2 74LS373引脚4.2.2.2 8255A简介Intel 8086/8088 系列的可编程外设接口电路（Programmable Peripheral Interface)简称 PPI，型号为8255（改进型为8255A及8255A-5），具有24条输入/输出引脚、可编程的通用并行输入/输出接口电路。它是一片使用单一+5V电源的40脚双列直插式大规模集成电路。8255A的通用性强，使用灵活，通过它CPU可直接与外设相连接。 8255A在使用前要写入一个方式控制字，选择A、B、C三个端口各自的工作方式，共有三种; 方式0 ：基本的输入输出方式，即无须联络就可以直接进行的 I/O方式。其中A、B、C口的高四位或低四位可分别设置成输入或输出。 方式1 ：选通I/O,此时接口和外围设备需联络信号进行协调，只有A口和B口可以工作在方式1，此时C口的某些线被规定为A口或B口与外围设备的联络信号，余下的线只有基本的I/O功能，即只工作在方式0.方式2： 双向I/O方式，只有A口可以工作在这种方式，该I/O线即可输入又可输出，此时C口有5条线被规定为A口和外围设备的双向联络线，C口剩下的三条线可作为B口方式1的联络线，也可以和B口一起方式0的I/O线。8255A是一个并行输入、输出器件，具有24个可编程设置的I/O口，包括3组8位的I/O为PA口、PB口、PC口，又可分为2组12位的I/O口：A组包括A口及C口高4位，B组包括B口及C组的低4位。其Proteus仿真图如4-3所示。图4-34.2.2.3 8255A的功能和引脚分别为表4-2和图4-3所示。表4-2 8255A端口选择和基本操作A1A0RDWRCS输入操作（读）001010000111000端口A数据总线端口B数据总线端口C数据总线输出操作（写）00110101111100000000数据总线端口A数据总线端口B数据总线端口C数据总线控制字寄存器无操作情况XXXX1数据总线为三态（高阻）11010非法状态XX110数据总线为三态（高阻）图4-34.3 温度采集及转换电路4.3.1 温度传感器随着信息技术的发展，传感器在工业、农业、航天航空、军事国防等领域得到了日益广泛的应用。作为信息采集和信息传递的主要构成因素，传感器已成为现代信息技术系统三大支柱之一。传感器是将非电量信号转换为可测量的电量的检测装置，是由敏感元件和转换元件组成的。传感器的种类非常丰富，按传感器输出信号标准可将传感器分为：模拟传感器、数字传感器、开关传感器。集成温度传感器具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点，得到广泛应用。集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。4.3.1.1 LM35传感器本系统采用LM35模拟温度传感器。LM35 是由National Semiconductor 所生产的温度传感器，其输出电压与摄氏温标呈线性关系，转换公式如式，0 时输出为0V，每升高1，输出电压增加10mV。LM35 有多种不同封装型式，外观如图所示。在常温下，LM35 不需要额外的校准处理即可达到1/4的准确率。 其电源供应模式有单电源与正负双电源两种，其接脚如图所示，正负双电源的供电模式可提供负温度的量测；两种接法的静止电流-温度关系如图 所示，在静止温度中自热效应低(0.08)，单电源模式在25下静止电流约50A，工作电压较宽，可在420V的供电电压范围内正常工作非常省电。供电电压35V到-0.2V， 输出电压6V至-1.0V， 输出电流10mA。其输出电压与环境温度的关系为： (4-1) 4.3.1.2 LM35外观形式LM35的外观如图4-4所示。 （a） (b)(c) TO-92封装引脚图(d) SO-8 IC式封装引脚图(e)TO-46金属罐形封装引脚图(f)TO-220 塑料封装引图图4-44.3.1.3 封装形式与型号关系如表4-3表4-3封装形式与型号关系TO-46金属罐形封装引脚图 LM35H,LM35AH,LM35CH,LM35CAH,LM35DH TO-220 塑料封装引脚图 LM35DT TO-92封装引脚图 LM35CZ,LM35CAZ LM35DZ SO-8 IC式封装引脚图 LM35DM 4.3.1.4 AD590温度传感器(1) 主要特性：l 流过器件的电流(A) 等于器件所处环境的热力学温度(开尔文) 度数： l Ir/T=1 式中，Ir流过器件(AD590) 的电流，单位为A；T热力学温度，单位为K； l AD590的测温范围为- 55+150； AD590的电源电压范围为430 V，可以承受44 V正向电压和20 V反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏； l 输出电阻为710 m；l 精度高，AD590在- 55+150范围内，非线性误差仅为0.3。(2) 基本应用电路：图4-5（a）是 AD590 的封装形式，图4-5（b）是 AD590 用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过 AD590 的电流与热力学温度成正比，当电阻 R1和电位器 R2的电阻之和为 1kW 时，输出电压 VO随温度的变化为 1mV/K。 但由于 AD590 的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。调整的方法为：把 AD590 放于冰水 混合物中，调整电位器 R2，使 VO=273.2mV。或在室温下（25）条件下调整电位器，使 VO=273.2+25=298.2 （mV）。但这样调整只可保证在 0或 25附近有较高精度。图4-54.3.1.5 DS18B20温度传感器在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。另外一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案，新型数字温度传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。新的一线器件DS18B20体积更小、适用电压更宽、更经济。 美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持 一线总线接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的DS18B20体积更小、更经济、更灵活。使你可以充分发挥“一线总线”的优点。目前DS18B20批量采购价格仅10元左右。同DS1820一样，DS18B20也支持一线总线接口，测量温度范围为-55C+125C，在-10+85C范围内，精度为0.5C。DS1822的精度较差为2C。现场温度直接以一线总线的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。（1） DS18B20的主要特性： 适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。 特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。 DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。 DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。 温范围55125，在-10+85时精度为0.5。 可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温。 在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。 测量结果直接输出数字温度信号，以一线总线串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。 负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。（2）DS1820使用中注意事项 ：DS1820虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题： 较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS1820进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。在使用PL/M、C等高级语言进行系统程序设计时，对DS1820操作部分最好采用汇编语言实现。 在DS1820的有关资料中均未提及单总线上所挂DS1820数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS1820，在实际应用中并非如此。当单总线上所挂DS1820超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。 连接DS1820的总线电缆是有长度限制的。试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过50m时，读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达150m，当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离进一步加长。这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。因此，在用DS1820进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。 在DS1820测温程序设计中，向DS1820发出温度转换命令后，程序总要等待DS1820的返回信号，一旦某个DS1820接触不好或断线，当程序读该DS1820时，将没有返回信号，程序进入死循环。这一点在进行DS1820硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。 4.3.2 放大器放大器是能把输入信号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358放大器，其引脚排列如图4-6所示图4-64.3.3 模数转换电路4.3.3.1 A/D转换器A/D转换器是一种将模拟量转换为与之成比例的数字量的器件，常用ADC表示。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。模数转换器最重要的参数是转换的精度，通常用输出的数字信号的位数的多少表示。转换器能够准确输出的数字信号的位数越多，表示转换器能够分辨输入信号的能力越强，转换器的性能也就越好。A/D转换一般要经过采样、保持、量化及编码4个过程。在实际电路中，有些过程是合并进行的，如采样和保持，量化和编码在转换过程中是同时实现的。逐次逼近式A/D转换器在精度、速度和价格上均比较适中，是最常用的A/D转换器件。双积分型转换器具有精度高、抗干扰性好，价格低廉等优点，但是转换速度慢，在单片机系统中对速度要求不高的场合应用较为广泛。ADC0809引脚如图4-7所示。 图4-74.3.3.2 ADC0809引脚功能（1）Vcc：工作电源输入，典型值+5V，极限值6.5V。（2）VREF(+)：参考电压（+）输入，一般与VCC相连。（3）VREF (-)：参考电压（-）输入，一般与GND相连。（4）GND：模拟和数字地。（5）START:A/D启动转换输入信号，正脉冲有效，此信号要求保持在200ns以上，由单片机发出正脉冲。脉冲上升沿清除逐次逼近寄存器；下降沿启动A/D转换。（6）ALE:地址锁存输入信号，上升沿锁存C,B,A引脚上的信号，并据此选通转换IN7IN0中的一路。（7）EOC:转换结束输出引脚。启动转换后自动变为低电平，转换结束后跳变为高电平，可供MCS-51查询，如果采用中断法，该引脚一定要经过反相后接MCS-51的INT0或INT1引脚。（8）OE:输出允许。高电平有效，高电平时，允许转换结果从A/D转换器的三态输出锁存器输出数据。（9）CLK：时钟输入，时钟频率典型值为640KHZ。（10）C,B,A：选通输入，选通IN7IN0中的一路模拟量。其中，C为高位。（11）IN7IN0:8位模拟量输入。ADC0809一次只能选通其中的某一路进行转换，选通的通道由ALE上升沿时送入的C,B,A引脚信号决定。4.3.3.3 A/D转换器的相关性能参数A/D转换器是把数字量转换成模拟量的线性电路器件，已做成集成芯片。由于实现这种转换的原理和电路结构及工艺技术有所不同，因而出现各种各样的A/D转换器。目前，国外市场已有上百种产品出售，他们在转换速度。转换精度。分辨率以及使用价值上都各具特色。A/D转换器的主要参数：衡量一个A/D转换器的性能的主要参数有：(1)分辨率分辨率是指A/D转换器能够转换的二进制数的位数，位数多分辨率也就越高。(2)转换时间转换时间是指数字量输入到完成转换，输出达到最终值并稳定为止所需的时间。电流型A/D转换较快，一般在几ns到几百ns之间。电压型A/D转换较慢，取决于运算放大器的响应时间。(3)精度精度是指A/D转换器实际输出电压与理论值之间的误差，一般采用数字量的最低有效位作为衡量单位。(4)线性度当数字量变化时，A/D转换器输出的模拟量按比例关系变化的程度。理想的A/D转换器是线性的，但是实际上是有误差的，模拟输出偏离理想输出的最大值称为线性误差。4.4 控制电路设计4.4.1 可控硅控制电路4.4.1.1 可控硅的结构可控硅，是可控硅整流元件的简称，是一种具有三个PN 结的四层结构的大功率半导体器件，亦称为晶闸管。现在使用的是单向晶闸管，也就是人们常说的普通晶闸管，它是由四层半导体材料组成的，有三个PN结，对外有三个电极图2(a)：第一层P型半导体引出的电极叫阳极A，第三层P型半导体引出的电极叫控制极G，第四层N型半导体引出的电极叫阴极K。从晶闸管的电路符号图2(b)可以看到，它和二极管一样是一种单方向导电的器件，关键是多了一个控制极G，这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。4.4.1.2 可控硅的功能及应用可控硅在电路中能够实现交流电的无触点控制，以小电流控制大电流，并且不象继电器那样控制时有火花产生，而且动作快、寿命长、可靠性好。在调速、调光、调压、调温以及其他各种控制电路中都有它的身影。4.4.2 继电器控制电路继电器是一种当输入量(激励量)的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器，也是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。4.4.2.1 电磁继电器电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。下图为应用电路图。原理是：当开关向上时，三极管饱和，继电器电磁铁线圈得电，继电器吸合，继电器开关扳向左侧，红灯亮；开关向下时，三极管截止，继电器释放，开关扳向右侧，黄灯亮。电路如下4-8图所示。图4-84.4.2.2固态继电器固态继电器（Solid State Relay,缩写SSR），是由微电子电路，分立电子器件，电力电子功率器件组成的无触点开关。用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。固态继电器的输入端用微小的控制信号，达到直接驱动大电流负载。固态继电器有三部分组成:输入电路，隔离(耦合)和输出电路。按输入电压的不同类别，输入电路可分为直流输入电路，交流输入电路和交直流输入电路三种。实物图如下4-9图所示。图4-94.4.2.3光电隔离器光耦合器（optical coupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器，简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出（1） 简介这就完成了电光电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。（2） 种类光耦合器的种类达数十种，主要有通用型（又分无基极引线和基极引线两种）、达林顿型、施密特型、高速型、光集成电路、光纤维、光敏晶闸管型（又分单向晶闸管、双向晶闸管）、光敏场效应管型。（3） 优点信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。光耦合器是70年代发展起来产新型器件，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离 、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。5. 系统软件设计5.1 主程序流程图开始初始化中间范围值逐渐加1调动键是否按下确定键是否按下NYY5.2 中断子程序流程图开始读取转换数据中断返回开启A/D转换显示当前温度转换温度数据结束比较温度值致 谢在本文的撰写过程中，我的导师赵明东老师给予了悉心的指导和关心，使我克服了众多困难终于完成了论文的撰写工作。导师们渊博的知识、严谨求实的治学态度及敬业精神，给我留下了深刻的印象，并将在我今后的人生道路上产生深远的影响。在这次的制作毕业论文中，发挥了我在学校学到的文化知识和技能的应用，也算是我最后一次做学校的作业了。我要感谢我的导师赵明东老师，还有我的班主任缑愿军老师，以及任课老师，感谢他们的教诲，让我知道在社会上懂得怎样去做好自己，端正自己的位置，为社会贡献出我自己的力量。在此论文完成之际，谨向我的老师们致以崇高的敬意和衷心的感谢，在这里请接受我诚挚的谢意！参考文献1张鑫.单片机原理及应用.北京：电子工业出版社，2006.2康华光.电子技术基础.北京：高等教育出版社，2009.3杨志忠.数字电子技术.北京：高等教育出版社，2008.4王文杰.单片机应用技术.北京：治金工业出版社，2007.5李鸿儒.电子技术工艺基础.北京：清华大学出版社，2008.6何利民.单片机应用技术.北京：北京航空航天大学出版社，2006.7刘洪梅.新型通用集成电路实用技术.北京：国防工业出版社，2008.8王秀山.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，2010.附 录附录1 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP INT0 ORG 000BH LJMP TT1 MAIN: ; 说明 30H存放上限值，31H存放下限值 CLR EA ; SETB P1.0 ; SETB P1.2 ; CLR P1.1 ; CLR P3.0 ; 灯状态初始化 SETB IT0 ; ; 中断初始化 MOV TMO