毕业设计（论文）-基于单片机的电阻炉炉温控制系统硬件设计.doc

南 阳 理 工 学 院本科生毕业设计（论文）学院（系）： 电子与电气工程系 专 业： 电子信息工程 学 生： 指导教师： 完成日期 2010 年 5 月南阳理工学院本科生毕业设计（论文）基于单片机的电阻炉炉温控制系统硬件设计Hardware Design of Resistor Furnace Temperature Control System Based on Single chip总 计： 22 页表 格： 3 个插 图： 12 幅基于单片机的电阻炉炉温控制系统硬件设计南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文）基于单片机的电阻炉炉温控制系统硬件设计Hardware Design of Resistor Furnace Temperature Control System Based on Single chip学 院（系）： 电子与电气工程系 专 业： 电子信息工程 学 生 姓 名： 鲁 西 金 学 号： 94106076 指 导 教 师（职称）： 牛军（副教授） 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 南阳理工学院Nanyang Institute of Technology基于单片机的电阻炉炉温控制系统硬件设计基于单片机的电阻炉炉温控制系统硬件设计电子信息工程专业 鲁西金摘 要 工业生产中，实现对电阻炉炉温的精确控制对产品质量、热处理劳动强度都是非常重要的。本文以AT89C51单片机为控制核心，进行了电阻炉炉温控制系统的总体设计，并重点完成了温度检测电路、键盘显示电路、报警电路、时钟电路、以及温度控制电路的设计任务。该系统采用了新型元件，功能强、精度高、硬件电路简单，且工作稳定可靠，可实现控制的精度要求。关键词 单片机；电阻炉；自动控制；PWM控制Hardware Design of Resistor Furnace Temperature Control System Based on Single chipElectronic Information Engineering Specialty LU Xi-jinAbstract: Industrial production of resistance furnace, the accurate control of temperature on product quality, heat treatment labor intensity is very important. This system is based on AT89C51 as control core, the temperature control system of resistance furnace, and the overall design of the temperature detection circuit, finished keyboard display circuit, alarm circuit, clocking circuit and temperature control circuit design. This system use new software, the function is strong, high precision, simple, and the hardware circuit is stable and reliable, also the precision of the control can be realized.Key words: Single chip; resistance female; automatic control; PWM controlII基于单片机的电阻炉炉温控制系统硬件设计目 录1 引言11.1电阻炉的相关知识11.2 国内外炉温自动控制系统的发展现状12.系统总体设计32.1系统硬件框图32.2 AT89C51单片机简介42.2.1 89C51单片机的基本组成42.2.2 89C51单片机引脚及其功能43 系统各模块硬件电路图设计53.1温度检测电路53.2 LED显示电路图63.3 键盘输入电路83.4 时钟电路93.5 固态继电器控制方法93.5.1固态继电器的内部结构93.5.2 PWM控制原理103.5.3 单片机与PC机串口通信电路113.6辅助电路123.6.1手动复位电路123.6.2报警电路124 抗干扰措施134.1 系统干扰渠道134.2 硬件方面抗干扰措施134.2.1 解决空间干扰的措施144.2.2 供电系统抗干扰措施144.2.3 配置去耦电容提高系统稳定性15结束语15参考文献17附录：18整体电路原理图18致谢19II基于单片机的电阻炉炉温控制系统硬件设计1 引言1.1电阻炉的相关知识自从发现电流的热效应(即楞次-焦耳定律)以后，电热法首先用于家用电器，后来又用于实验室小电炉。随着镍铬合金的发明，到20世纪20年代，电阻炉已在工业上得到广泛应用。工业上用的电阻炉一般由电热元件、砌体、金属壳体、炉门、炉用机械和电气控制系统等组成。加热功率从不足一千瓦到数千千瓦。工作温度在 650以下的为低温炉；6501000为中温炉;1000以上为高温炉。在高温和中温炉内主要以辐射方式加热。在低温炉内则以对流传热方式加热，电热元件装在风道内，通过风机强迫炉内气体循环流动，以加强对流传热。电阻炉有室式、井式、台车式、推杆式、步进式、马弗式和隧道式等类型。可控气氛炉、真空炉、流动粒子炉等也都是电阻炉。电热元件具有很高的耐热性和高温强度，很低的电阻温度系数和良好的化学稳定性。常用的材料有金属和非金属两大类。金属电热元件材料有镍铬合金、铬铝合金、钨、钼、钽等，一般制成螺旋线、波形线、波形带和波形板。非金属电热元件材料有碳化硅、二硅化钼、石墨和碳等，一般制成棒、管、板、带等形状。电热元件的分布和线路接法，依炉子功率大小和炉温要求而定。电阻炉以电为热源，通过电热元件将电能转化为热能，在炉内对金属进行加热。电阻炉和火焰比，热效率高，可达5080，热工制度容易控制，劳动条件好，炉体寿命长，炉温均匀,适用于要求较严的工件的加热1。1.2 国内外炉温自动控制系统的发展现状当前，随着电气信息技术在加热炉系统中的应用，发达国家如美国、德国、日本、澳大利亚等成功开发了一系列用途广泛、功能极强的温度控制器，随着电力资源的日趋紧张及信息技术的发展，开发具有自主知识产权的炉温控制系统不仅具有广阔的市场前景，而且具有巨大的社会效益。国外在炉温自动控制技术和设备的研究上发展迅速，美国微型电子计算机普及和单片机的应用使自动化系统发生了根本的变化，因而达到了较高的自动化程度。现在已有许多由单片机控制的仪器设备，使电阻丝加热和温度控制完全自动连续的进行。德国是世界上炉温控制技术最先进的国家之一，加热炉系统实现了高度的自动化，都由单片机或PLC 控制。在我国，节约电力资源的潜力非常大。据有关国际组织发表的资料显示：中国的单位国民经济总产值所消耗的电是美国的4倍左右。由于我国人口基数大，所以人均占有资源量相对很少。在我国一方面电力供应紧张，而另一方面，电的浪费十分严重。特别是用于传统工业电热炉加热方面对电力资源的利用极为不合理。在对目前几种传统电加热方式做比较后我们发现，它们各有优缺点。（1）电磁继电器控制，即操作人员通过电磁继电器来控制加热炉电源开关的闭合来控制加热炉的加热过程。它要求操作人员对加热炉温度和工作状态实行实时检测。这种方式开关速度慢，温度变化惯性大，控制效果不理想。不仅效率低浪费大量的人力资源和电力资源，而且不能实现对温度的精确控制。这种方式的优点是系统可靠性高。（2）常规智能控制系统 目前应用比较广泛的是在以单片机或PLC为核心的控制系统中采用常规算法（如PID算法）来实现对炉温的智能控制。这种系统自动化程度较高。然而由于加热炉具有大惯性纯滞后等非线性以及时变的特点，炉门的开关及电网电压等都影响着控制过程。而基于精确数学模型的常规控制难以满足加热工艺曲线的要求2。纵观国际和国内炉温自动控制技术的发展状况，国外在炉温自动控制技术方面的研究比较深入，凭借雄厚的科技实力、先进的生产工艺、严格的质量控制和对产品质量的刻意追求和先进的技术、因地制宜的解决方案、丰富的工业知识，其产品遍布世界几十多个国家和地区。国外一些温控系统设备结构复杂，控制的量比较多，成本较高，安装、维护过程都很复杂很不适合在我国乡镇企业使用。而我国国内制造的加热设备，成本相对低廉，所控制的量比较少，能实现基本量的控制，但是由于绝大多采用是的普通的继电器控制系统，调试、维护困难，灵敏度不够高，不能实现定时精确控制，而且产品先天性不足，使用寿命短，其产品市场占有率很低。本文采用的基于单片机的自动化控制加热系统是将自动控制与电加热系统有机地结合起来，使加热系统在无人干预的情况下通过控制器按规定的程序或指令实现对电加热炉的自动控制。以单片机为核心的小型自控系统具有造价低廉，可靠性高，适用于各种环境条件下运行等优点，并且在系统硬件组成不变的情况下通过更改软件设置来适应多种运行方式的需要，是传统继电器控制的理想替代品。尤其在中小规模工业生产中实现无人值守或半无人值守具有广阔的应用前景和使用价值。总的来说，在智能温度测量与控制电器中，单片机起了智能控制部件作用。它的存在，提高了电器的品质，增加了智能温度测量与控制电器的功能；并在智能温度测量与控制电器中执行模拟人类智能的进程。随着智能控制理论和人工智能研究的深入，各种更加逼真地模拟人类智能的智能温度测量与控制电器会更多的出现，而单片机和智能理论的结合，将来不但更多的改进现行智能温度测量与控制电器，而且将会产生全新的智能温度测量与控制电器。22.系统总体设计.2.1系统硬件框图本系统由单片机AT89C51、温度检测电路、键盘显示及报警电路、时钟电路、温度控制电路等部分组成。系统中采用了新型元件，功能强、精度高、硬件电路简单。本文是基于先进的单片机控制技术，在低耗能下可实现对炉温的精确控制。该系统具体的工作原理是这样的：单片机定时对炉温进行检测，经AD转换后得到相应的数字量，送到计算机，计算机依据给定的控制规则算法进行判断和运算，得到应有的控制量去控制加热系统，从而实现对温度的控制。选用AT89C51单片机实现。技术指标：(1)控制温度可设定；(2)精度为2；(3)实时显示被测温度；(4)故障报警。温度智能控制系统的原理方框图如图1所示。计算机通过程序实现对被控对象-电热炉的控制。固态继电器AT89C51键盘 双向可控硅故障检测加热炉报警电路PC上位机传感器数码显示集成温度检测图1 温度控制器的硬件框图计算机输出脉冲触发电路，通过过零触发电路去驱动双向可控硅，从而控制电阻炉的加温电阻的功率，这就是后向通道。同时，由测温传感器测量出电阻炉的温度，经温度检测变换后，转换为数字量反馈给计算机，形成前向通道，并使系统构成闭环。本系统主要完成数据采集、温度显示、炉温控制、故障检测以及报警功能，智能控制器由单片机完成，采用规则自寻优的控制算法进行过程控制。加热炉采用双向可控硅控制，由单片机输出通断率控制信号，产生可控硅的过零触发脉冲。2.2 AT89C51单片机简介2.2.1 AT89C51单片机的基本组成在一小块芯片上，集成了一个微型计算机的各个组成部分，即AT89C51单片机芯片内包括：（1）一个8位的微处理器（CPU）。（2）片内256字节数据存储器RAM/SFR，用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等。（3）片内4KB程序存储器Flash ROM，用以存放程序、一些原始数据和表格。（4）4个8位并行I/O端口P0-P3,每个端口既可以用作输入，也可以用作输出。（5）两个16位的定时器/计数器，每个定时器/计数器都可以设置成计数方式。（6）具有5个中断源、两个中断优先级的中断控制系统。（7）一个全双工UART的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与PC机之间的串行通信。（8）片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。（9）具有节电工作方式，即休闲方式和掉电方式。以上各个部分通过片内八位数据总线相连接3。2.2.2 AT89C51单片机引脚及其功能如图2所示为单片机AT89C51的引脚图。图2 单片机AT89C51的引脚图（1）XTAL1（19脚）：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。（2）XTAL2（18脚）：振荡器反相放大器的输出端。（3）RST（9脚）：复位输入，当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。（4）P0口（3932脚）：P0口是一个漏极开路的8位准双向I/O端口。作为漏极开路的输出端口，每位能驱动8个LS型TTL负载。当P0口作为输入口使用时，应先向口锁存器写入全1，此时P0口的全部引脚浮空，可作为高阻抗输入。（5）P3口（1017脚）：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O多功能口。P3口输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口，此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。当CPU不对P3口进行SFR寻址访问时，即用作第二功能输出/输入线时，由内部硬件使锁存器Q置1。用作第二功能时如表1所示。整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处低电平10ms来完成。在芯片擦除操作中，代码陈列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止4-5。 表1 P3口与第二功能表端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD (串行输出口)P3.2INT0（外中断0）P3.3INT1（外中断1）P3.4T0（定时器/计数器0）P3.5T1（定时器/计数器1）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）3 系统各模块硬件电路图设计3.1温度检测电路本系统采用的K型（镍铬-镍硅）热电偶，其可测量1312以内的温度，其线性度较好，而且价格便宜。K型热电偶的输出是毫伏级电压信号，最终要将其转换成数字信号与CPU通信。传统的温度检测电路采用“传感器-滤波器-放大器-冷端补偿-线性化处理-A/D转换”模式，转换环节多、电路复杂、精度低。在本系统中，采用的是高精度的集成芯片MAX6675来完成“热电偶电势-温度”的转换，不需外围电路、I/O接线简单、精度高、成本低。MAX6675是MAXIM公司开发的K型热电偶转换器，集成了滤波器、放大器等，并带有热电偶断线检测电路，自带冷端补偿，能将K型热电偶输出的电势直接转换成12位数字量，分辨率0.25。温度数据通过SPI端口输出给单片机，其冷端补偿的范围是-2080，测量范围是01023.75。表2为MAX6675的引脚功能图6。表2 MAX6675的引脚功能图引脚号名称功能1GND接地端2T-热电偶负极(使用时接地)3T+热电偶正极4VCC电源端5SCK串行时种输入端6CS片选信号7SO数据串行输入端8NC悬空不用图2为系统的温度检测电路。当P2.5为低电平且P2.4口产生时钟脉冲时，MAX6675的SO脚输出转换数据。在每一个脉冲信号的下降沿输出一个数据，16个脉冲信号完成一串完整的数据输出，先输出高电位D15，最后输出的是低电位D0，D14-D3为相应的温度转换数据。当P2.5为高电平时，MAX6675开始进行新的温度转换7。在应用MAX6675时，应该注意将其布置在远离其它I/O芯片的地方，以降低电源噪声的影响；MAX6675的T端必须接地，而且和该芯片的电源地都是模拟地，不要和数字地混淆而影响芯片读数的准确性。3.2 LED显示电路图本系统采用4个共阴极LED数码管及驱动芯片MC14495、74HC139共同构成显示电路。MC14495是BCD7段十六进制锁存译码驱动芯片。P0.7P0.4用于输出段码，P0.2控制2-4译码器的使能端，低电平有效；P0.0P0.1为位选码输出。工作中，在需要改变显示数据时，单片机才通过P0口送出相应的数据，平时不需要刷新。如下图3为LED显示电路图。图2 温度检测电路图图3 LED显示电路图图3中给出了四位共阴性数码管的静态显示应用电路。本系统中采用静态显示方式。静态显示器就是当显示器显示某个字符时，相应的段（发光二极管）恒定地导通或截止，直到显示另一个字符为止。例如，7段显示器的a, b, c段恒定导通，其余段和小数点恒定截止时显示7；当要显示8时，显示器的a、b、c、d、e、f、g段恒定导通，dp截止。LED显示器工作于静态工作方式时，各位的共阴极接地；若为共阳极，公共端则接+5V电源。每位的段选线分别与一个8位锁存器的输出口相连，显示器中的各位相互独立，而且各位的显示字符一经确定，相应所存的输出将维持不变，正因为如此，静态显示器的显示亮度较高8。这种显示方式编程容易，管理也较简单，所以本系统选用这种显示方式。3.3 键盘输入电路对于一个优秀的、完整的控制系统来说，人机对话功能是必不可少的，键盘是人机对话的重要接口，用键盘实现设温，具有快捷，方便等特点，便于用户操作。本系统采用44的十六位非编码键盘，其中0-9为数字键，A（设置）、B（炉温显示或炉温设定）、C（停止）、D（运行）为功能键，E、F键未用。判断闭合的键是否释放，键闭合一次仅进行一次键功能操作。当判断有键按下时，则取键值，键值N = 行号+列号。取得键值后，判断它是否大于9.若大于9则说明该键是功能键，经过散转，转向相应的功能处理程序。否则，转为数字键处理程序。系统采用的是中断扫描方式的一种简易的键盘接口。其电路结构如图4所示。图4键盘输入电路图该键盘直接由AT89C51单片机的P1口构成。键盘的列线与P1口低四位相接。键盘的行线通过二极管接到P1口的高4位。因此，P1.4P1.7行输出线，P1.0P1.3作扫描输入线。其中，四输入与门是为中断扫描方式而设计的，其输入端分别与各列线相连，输出端接单片机外部中断输入#INT1。初始化时，使键盘行输入口全部为0，当有键按下时，INT1端为低电平，向CPU发出中断请求，进入中断服务程序，执行扫描式键盘输入子程序。3.4 时钟电路本系统使用AT89C51单片机片内振荡和时钟产生电路外接微调电容和振荡晶体来产生时钟周期信号来完成对时间周期的准确计时，不但节省了开支，而且提高元件利用效率5。其电路接口如图5所示。图5时钟产生电路图3.5 固态继电器控制方法控制电阻炉的温度，只需控制电阻炉电流的大小而不必考虑电流方向。控温采用可控硅电路，它的任务是通过调压来实现交流调功。通常，用可控硅实现交流调压的方式有两种：一是改变负载电压波形的导通角，称为调相；另一个是负载电压波形不变而改变其电压波形在时间段内的出现次数，称为脉冲调功。就触发方式而言，调相调功采用移相触发，脉冲调功采用过零触发。过零触发就是指当可控硅的门级接收到有效控制信号后，可控硅总是在交流电源为零电压附近导通，这种触发方式不对电网造成严重污染和干扰其它用电设备，是应用较为广泛的一种方法。3.5.1固态继电器的内部结构交流固态继电器为四端元件，两个输出端，两个输入端。输入输出之间采用光电隔离，没有电气联系，控制电路和输出电路之间不会互相干扰。其输入端仅要求很小的控制电流，输出回路采用双向可控硅来通断负载电源。内部结构如图6所示，其工作原理为：当有效控制信号从1、2端输入时，光耦GD的二极管导通，通过光电耦合的作用，GD的三极管导通，造成T1截止，T1的集电极输出高电平。此时SCR的工作还取决于T2的状态，T2在这里是负载电源的零点检测，负载电压通过电桥加在R4和R5上，只要R5、R4的分压超过T2的BE级的压降，T2将饱和导通，则SCR的控制级被箝位为低电平，SCR不导通9。图6 固态继电器内部结构图T1和T2组成的是与门电路，与门的输出端为SCR的控制级，只有当有效控制信号加入，T1截止，同时负载电压又处于零电压附近，来不及使T2进入饱和导通，此时SCR的门级才能注入控制电流而导通，使得双向可控硅BCR的控制级得到触发脉冲，双向可控硅BCR导通，负载接通电源。当输入的控制信号撤除之后，GD的三极管截止，T1饱和，SCR截止，双向可控硅保持导通直到负载电流随外部电压减小到小于双向可控硅的维持电流为止，此时，双向可控硅才截止，负载断开电源。3.5.2 PWM控制原理可以由单片机输出一个周期固定、脉宽可调的脉冲信号(PWM)来作为固态继电器的控制信号。控制原理如图7所示，在控制脉冲的高电平期间，固态继电器接通电阻炉电源，电阻炉加热；在控制脉冲的低电平期问，固态继电器断开电阻炉电源。通过调节PWM的占空比，可以调节控制脉冲的高电平持续时间，即调节脉冲周期内电阻炉上的交流电压周波的个数，从而调节电阻炉在一个脉冲周期内的电压的平均值，达到调温的目的。 图7 PWM控制固态继电器的电压波形图3.5.3 单片机与PC机串口通信电路 AT89C51单片机与PC机串口通信使用RS-232C串行通信标准接口，RS-232C总线接口芯片有很多，本系统使用MAXIM公司的MAX232芯片完成TTL和EIA之间的双向电平的转换，从而使PC机可以与AT89C51单片机通信3。目前较为常用的串口有9针串口（DB9）和25针串口（DB25）。最为简单且常用的是三线制接法，即地、接收数据和发送数据三脚相连，本文只涉及到最为基本的接法，且直接用RS232相连。串口针脚定义如表3所示。表3 9针串口常用信号脚说明针脚号功能说明缩写1数据载波检测DCD2接收数据DCD3发送数据TXD4数据终端准备DTR5信号地GND6数据设备准备好DSR7请求发送RTS8清除发送CTS9振铃指示DELLAT89S51单片机和PC机的串行通信连接电路如图8所示：该工作电路对电源噪声比较敏感，在电路设计中，要注意提高器件的抗干扰能力。应使用0.1uF或1.0uF电容连接电源去耦，选择1.0uF/16V钽电容作外接极性电容C1、C2,且让电容尽可能靠近芯片，以提高系统抗干扰能力。图8 PC上位机串行通信电路图3.6辅助电路3.6.1手动复位电路为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V5%，即4.755.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当4.75VVCC5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作10。复位电路工作原理如图9所示，VCC上电时，C充电，在1K电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，C充满，1K电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。工作期间，按下S，C放电。S松手，C又充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位。几个毫秒后，单片机进入工作状态。图9 复位电路图3.6.2报警电路为了保证系统的稳定性及安全性，我们必须要对电阻炉的温度有一个上下限温度的设定。当系统检测出炉温高于或低于其上下限设定值时，系统立即向操作人员发出报警信号，以便能够及时地采取应对措施。该系统中采取了常用的声音报警电路，其结构如图10所示。图10 报警电路图当炉温越过设定的上下限时，单片机P2.0口输出低电平，使三极管导通，有电流通过扬声器，即起到了报警的作用。4 抗干扰措施4.1 系统干扰渠道系统的抗干扰性能的好坏是影响系统可靠性的重要因素。影响单片机测控系统正常工作的信号称为噪声，又称干扰。影响指令的正常执行，造成控制事故或控制失灵，在测量通道中产生了干扰，就会使测量产生误差，电压的冲击有可能使系统遭到致命的破坏。干扰一般都是以脉冲的形式进入系统的，窜入单片机系统的渠道主要有三条: (1)空间干扰周围的电气设备如发射机、中频炉、可控硅逆变电源等发出的电干扰和磁干扰；广播电台或通讯发射台发出的电磁波；空中雷电，甚至地磁场的变化也会引起干扰。会使单片机系统不能正常工作。(2)供电系统干扰大功率设备，大感性负载设备的启停会使得电网电压大幅度涨落（浪涌），电网电压的欠压或过压常常达到额定电压的15% 以上。有时长达几分钟、几小时、甚至几天。由于大功率开关的通断，电机的启停，电焊等原因，电网上常出现几百伏，甚至几千伏的尖脉冲干扰。(3)过程通道干扰开关量输入输出，模拟量输入输出必不可少。输入输出的信号线多至几百条甚至几千条，长度往往达几百或几千米，不可避免地将干扰引入单片机系统。当大的电气设备漏电，接地系统不完善，或者测量部件绝缘不好，会使通道中直接串入干扰信号；各通道的线路如果同出一根电缆中或绑扎在一起，各路间会通过电磁感应而产生瞬间的干扰，尤其是015V的信号与交流220V的电源线同套在一根长达几百米的管中其干扰更为严重。这种彼此感应产生的干扰其表现形式仍然是通道中形成干扰电压。这样，轻者会使测量的信号发生误差，重者会使有用的信号完全淹没。有时这种通过感应产生的干扰电压会达到几十伏以上，使单片机系统无法工作11。三种干扰以来自供电系统的干扰最甚，其次为来自过程通道的干扰。对于来自空间的辐射干扰，需加适当的屏蔽及接地来解决。4.2 硬件方面抗干扰措施本系统的硬件设计中，主要从空间、供电系统和印制板设计等方面入手采取了一些抗干扰措施。4.2.1 解决空间干扰的措施空间干扰主要指电磁场在线路、导线、壳体上的辐射、吸收和解调。干扰来自应用系统的内部和外部，市电电源线是无线电波的媒介，而在电网中有脉冲源工作时，它又是辐射天线，因而任一线路、导线、壳体等在空间均同时存在辐射、接收、调制。解决空间干扰时，首先要正确判断是否是空间干扰，可在系统供电电源入口处接入WRY型微机干扰抑制器，观察干扰现象是否继续存在，如干扰现象继续存在则可认为空间干扰。空间干扰不一定是来自系统外部，空间干扰的抗干扰设计主要是地线系统设计，系统的屏蔽与布局设计，正确、合理地接地，是单片机应用系统抑制干扰的主要方法12。4.2.2 供电系统抗干扰措施在此系统中为提高供电系统质量,防止窜入干扰建议采用如图11所示形式和如下8点措施。图11 供电系统设计图（1）交流近线端加交流滤波器，可滤掉高频干扰，如电网上大功率设备启停造成的瞬间干扰。滤波器市场上的产品有一级、二级滤波器之分，安装时外壳要加屏蔽并良好接地，进出线要分开，防止感应和辐射耦合。低通滤波器仅允许50Hz交流电通过，对高频和中频干扰有良好的衰减作用。（2）要求高的系统加交流稳压器。（3）采用具有静电屏蔽和抗电磁干扰的隔离电源变压器。（4）采用集成稳压块两级稳压。目前市场上集成稳压块有许多种，如提供正电源的7805、7812、7820、7824以及提供负电压的79系列稳压块，它们内部是多级稳压电路，采用两级稳压，效果好。例如主机电源先用7809稳到9V，再用7805稳到5V。（5）直流输出采用大容量电解电容进行平滑滤波。（6）交流电源线与其他线尽量分开，减少再度耦合干扰。如滤波器的输出线上干扰已减少，应使其与电源进线级滤波器外壳保持一定距离，交流电源线与直流电源线即信号线分开走线。（7）电源线与信号线一般都通过地板下面走线，而且不可把两线靠得太近或互相平行，以减少电源信号线的影响。（8）在每块印刷版的电源与地之间并接去耦电容。即510F的电解电容和一个0.011.0F的电容，以消除直流电源与地线中的脉冲电流所造成的干扰。 4.2.3 配置去耦电容提高系统稳定性印制板上装有多个集成电路，而当其中有些元件耗电很多时，地线上会出现很大的电位差。抑制电位差的方法是在各个集成器件的电源线和地线间分别接入去耦电容，以缩短开关电流的流通途径，降低电阻降压10。这是印制板设计的一项常规做法。（1）电源去耦电源去耦就是在每个印制板入口外的电源线与地线之间并接去耦电容。并接的电容应为一个大容量的电解电容（10100F）和一个0.010.1F的非电解电容。可以把干扰分解成高频干扰和低频干扰两部分，并接大电容为了去掉低频干扰成分，并接小电容为了去掉高频干扰部分。低频去耦电容用铝或钽电解电容，高频去耦电容采用自身电感小的云母或陶瓷电容。（2）集成芯片去耦每个集成芯片都应安置一个0.1F的陶瓷电容器，安装每个芯片的去耦电容时，必须将去耦电容安装在本集成芯片的VCC和GND线之间，否则便失去了抗干扰作用。 如遇到印刷电路板空隙小装不下时，可每410个芯片安置一个110F的限噪声用的钽电容器。这种电容器的高频阻抗特别小，在500Hz200MHz范围内阻抗小于1，而且漏电流很小（0.5A以下）。对于抗噪声能力弱，关断电流大的器件和ROM、RAM存储器，应在芯片的电源线VCC和地线（GND）间直接入去耦电容。本系统中采用固态继电器作为主要控温系统，它本身具有高寿命、高可靠、灵敏度高、控制功率小等特点。且固态继电器没有输入“线圈”，没有触点燃弧和回跳，因而减少了电磁干扰。大多数交流输出固态继电器是一个零电压开关，在零电压处导通，零电流处关断，减少了电流波形的突然中断，从而减少了开关瞬态效应，大大的提高了系统的稳定性能。结束语本课题共分两个部分，在我和邢志锋同学的共同努力下，完成了毕业设计课题。本人设计是以配合软件设计，完成的功能是通过AT89C51单片机进行智能检测控制电阻炉炉温。硬件电路由单片机接口电路，温度检测电路，LED显示电路，键盘输入电路，PWM控制电路，以及报警复位等辅助电路构成。整个过程中，从开始接到论文题目到系统电路的实现，再到论文的撰写，每走一步都是对我们的尝试与挑战，在收集和查阅了国内外炉温控制系