计算机技术及应用课设

1 1 1 技术指标 电烤箱的具体指标如下 1 电烤箱由 2 kW 电炉加热 最高温度为 500 2 电烤箱温度可预置 烤干过程恒温控制 温度控制误差 2 3 预置时显示设定温度 烤干时显示实时温度 显示精确到 1 4 温度超出预置温度 5 时发声报警 5 对升降温过程的线性没有要求 1 2 控制方案 产品的工艺不同 控制温度的精度也不同 因而所采用的控制算法也不同 就温度控制系统的动态特性来讲 基本上都是具有纯滞后的一阶环节 当系统精 度及温控的线性性能要求较高时 多采用 PID 算法来实现温度控制 本系统是一个典型的闭环控制系统 从技术指标可以看出 系统对控制精度 的要求不高 对升降温过程的线性也没有要求 因此 系统采用最简单的通断控 制方式 即当烘干箱温度达到设定值时断开加热电炉 当温度降到低于某值时接 通电炉开始加热 从而保持恒温控制 第第 2 2 章章 硬件部分设计硬件部分设计 系统的硬件部分包括单片机电路 A D 转换器电路 放大器电路 传感器电 路 键盘及显示电路五部分 其各部分连接关系如图 2 1 所示 图 2 1 电烤箱温度控制系统结构 A D 2 2 1 单片机电路设计 随着社会的发展 单片机以其体积小 可靠性高 使用方便等特点在社会生 活中达到广泛应用 根据温度控制的特点 本次设计采用 AT89C51 单片机 AT89C51 单片机是美国 Intel 公司的 8 位高档单片机系列 也是目前应用最 为广泛的一种单片机系列 AT89C51 系列单片机主要有 CPU 存储器 包括 RAM 和 ROM I O 接口电路及时钟电路等部分组成 AT89C51 单片机的指令系统 控制计算机与操作的指令是一组二进制编码 称之为机器语言 计算机只能 识别和执行机器语言指令 AT89C51 单片机指令与指令系统共有 111 条指令 从 功能上可分成数据传输类指令 算术运算指令 逻辑运算和移位指令 程序控制 转移类指令和位操作指令五大类 2 22 2 传感器电路设计传感器电路设计 根据国家标准 传感器的定义是 能感受规定的被测量并按照一定得规律转 换成可用输出信号的器件或装置 传感器一般由敏感元件 转换元件和转换电路三部分组成 其组成框图如 2 7 所示 图 2 7 传感器组成框图 敏感元件 它是直接感受被测量并输出与被测量成确定关系的某一种量的元 件 转换元件 敏感元件的输出就是它的输入 它把输入转换成电路参量 转换 电路 上述电路参数接入转换电路 便可转换成电量输出 三 热电阻的测量电路及应用 热电阻常用接入电桥使用引出线有两 三线式和四线式几种形式 采用两浅 式接法时 引出的导线接于电桥的一个臂上 当由于环境温度或通以电流引起导 成温度变化时 将产生附加电阻 引起测量误差 所以 当热电阻值较小时 常 采用三线式 四线式接法 以消除接线电阻和引线电阻的影响 3 2 3 A D 转换电路设计 逐次逼近型 A D 转换器 ADC0809 1 ADC0809 的内部逻辑结构 如图 2 9 如图 多路开关可达通讯员 89 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 地址锁存与译码电路完成对 A B C 三个地址供进行 锁存和译码 其译码输出用于通道选择 8 位 A D 转换器是逐次逼近式 由控制时序电路 逐次逼近寄存器 树状开 关以及其 256R 电阻下型网络等组成 输出锁存器用于存放和输出转换得到的数字量 二 AT89C51 单片机与 ADC0809 接口 ADC0809 与 AT89051 单片机边接如图 2 11 所示 电路连接主要涉及两个问题 一是不是路模拟信号通道选择 二是 A D 转换完成后数据的传送 1 8 路模拟通道选择 A B C 分别接地址锁存器提供的低三位地址 只要把三位地址写入 0809 中 的地址锁存器就实现了模拟通道选择 对系统来说 地址锁存器是一个输出口 为了把三位地址写入 还要提供口地址 2 数据的传输方式 A 定时传输方式 B 查询方式 C 中断方式 4 图 2 11 ADC0809 与单片机的连接 2 42 4 放大器电路设计放大器电路设计 传感器是将待测的物理量或化学量转换成电信号输出 但其输出的信号通常 都很小 需要进行放大 传感器的信号放大 根据具体情况可采用分立元件放大 器 晶体管放大器 和集成元件放大器 运算放大器 两种 2 52 5 键盘及显示电路的设计键盘及显示电路的设计 一 键盘接口电路 1 键盘的工作原理 A 按键的确认 在单片机应用系统中 按键都是以开关状态来设置控制功能或能入数据的 键的半合与否 反映在电压上就是呈高电平或低电平 如果高电平表示断开的话 那么低电平就是表示闭合 所以通过电平的高代状态的检测 使可以克认按键接 下与否 B 按键的抖动处理 当按键被迫按下或释放时 通常伴随有一定的时间的触点机械抖动 然后其 独占才稳定下来 抖动时间一般为 5 10ms 在使用过程 必须去抖措施 去抖有 硬件和软件两种方法 硬件方法通常采用通过 RS 触发器连接按键除抖 软件方 5 法采用昝方法除抖 其过程是在检测到有按键按下时 进行一个 10ms 左右的昝 程序后 若该键仍保持闭合状态 则确认该键处于讨债状态 同理 在检测到该 键释放后 也应珠步骤进行确认 从而可消除抖动的影响 二 LED 显示器接口电路 常用的 LED 显示器有 LED 状态显示器 俗称发光二极管 LED 七段显示器 俗称数码管和 LED 十六段显示器 发光二极管可显示两种状态 用于系统显示 数码管用于数字显示 LED 十六段显示器 用于字符显示 数码管工作原理 共阳极数码管的 8 个发光二级管的阳极 二极管正端 连接在一起 通常会 共阳极接高电平 1 一般接电源 1 当某个阴极接低电平时 则该数码管导通并点 亮 共阴极数码管的 8 个发光二极管的阴极 二极管负端 连接在一起 公共阴 极接低电平 一般接地 当某个阳极接高电平 则该数码管并点亮 软件部分设计软件部分设计 3 1 工作流程 烤箱在上电复位后先处于停止加热状态 这时可以用 1 键设定预置温度 显示器显示预定温度 温度设定好后就可以按启动键启动系统工作了 温度检测 系统不断定时检测当前温度 并送往显示器显示 达到预定值后停止加热并显示 当前温度 当温度下降到下限 比预定值低 2 时再启动加热 这样不断重复 上述过程 使温度保持在预定温度范围之内 启动后不能再修改预置温度 必须 按复位 停止键回到停止加热状态再重新设定预置温度 3 2 功能模块 根据上面对工作流程的分析 系统软件可以分为以下几个功能模块 1 键盘管理 监测键盘输入 接收温度预置 启动系统工作 2 显示 显示设置温度及当前温度 3 温度检测及温度值变换 完成 A D 转换及数字滤波 4 温度控制 根据检测到的温度控制电炉工作 6 5 报警 当预置温度或当前炉温越限时报警 3 3 资源分配 I O 口分配 P0 0 P0 1 A D 开始采集 发送控制位 P0 2 温度控制口 P1 0 P1 2 P3 2 键盘输入 P1 3 P1 7 数码管显示 P2 0 P2 7 A D 数据接收口 3 4 功能软件设计 本次系统控制采用 KEIL 软件 C 环境下编写 include define uint unsigned int define uchar unsigned char uint tt 0 ts 0 t0 0 t 2 count 0 count1 0 count2 3 count3 10 dat ge shi bai ge 1 0 shi 1 0 bai 1 0 z q 0 p 38 char code table 0 x06 0 x5B 0 x4F 0 x66 0 x6D 0 x7D 0 x07 0 x7F 0 x6F 0X3F 数码管段 显 define CH451 DIG0 0 x0800 define CH451 DIG1 0 x0900 define CH451 DIG2 0 x0a00 define CH451 DIG3 0 x0b00 define CH451 DIG4 0 x0c00 7 define CH451 DIG5 0 x0d00 sbit start P0 0 sbit oe P0 1 sbit burn P0 2 加热 停止 sbit DOUT P1 0 串行接口数据输出 sbit LOAD P1 1 串行数据加载 sbit DIN P1 2 串行数据输入 sbit DCLK P1 3 串行数据时钟线 sbit C1 P1 4 温度个位设定 sbit C2 P1 5 温度十位设定 sbit C3 P1 6 温度百位设定 sbit alarm P1 7 警报 sbit set P3 2 设定温度开关 延时函数 void delay int z int y for z z 0 z for y 25 y 0 y CH451 初始化 void CH451 Init 8 DIN 0 给 DIN 一个高电平 设置 CH451 选择 4 线串行接口 DIN 1 DCLK 1 置为默认的高电平 LOAD 1 DOUT 1 置为输入 CH451 写入 void CH451 Write uint dat uint length uint i LOAD 1 串行数据加载端置 1 for i 12 i 0 i DCLK 0 串行数据时钟线 置 0 if dat data 最低位为 1 的话就向 din 串行数据 输入 写 1 else DIN 0 data 最低位为 0 的话就向 din 串行数据 输入 写 0 DCLK 1 串行数据时钟线 置 1 dat dat 1 data 向右移动一位 9 LOAD 0 串行数据加载端置 1 LOAD 1 给 load 一个上升沿使 data 数据全部 导入 CH451 delay 5 CH45 显示六位数码管 void display int ge int shi int bai int ge 1 int shi 1 int bai 1 CH451 Write CH451 DIG0 ge 第 1 位显示 实际温度要显示的内容 CH451 Write CH451 DIG1 shi 第 2 位显示 CH451 Write CH451 DIG2 bai 第 3 位显示 CH451 Write CH451 DIG3 ge 1 第 4 位显示 设置温度要显示的内容 CH451 Write CH451 DIG4 shi 1 第 5 位显示 CH451 Write CH451 DIG5 bai 1 第 6 位显示 AD 采集 void AD while count2 start 1 delay 1 10 start 0 delay 5 count2 oe 1 delay 1 tt P1 70 51 50 oe 0 bai tt 100 bai shi tt 10 10 shi ge tt 10 ge count2 3 bai bai 3 shi shi 3 ge ge 3 while count3 display ge shi bai ge 1 shi 1 bai 1 delay 1 count3 count3 10 11 键盘设置温度 void settemp if set 0 delay 5 q 1 while q if C1 0 while p display ge shi bai ge 1 shi 1 bai 1 p 36 bai 1 if bai 1 3 bai 1 0 if C2 0 while p display ge shi bai ge 1 shi 1 bai 1 p 36 shi 1 if shi 1 10 shi 1 0 if C3 0 while p display ge shi bai ge 1 shi 1 bai 1 p 36 ge 1 12 if ge 1 10 ge 1 0 display ge shi bai ge 1 shi 1 bai 1 if set 0 delay 20 break q 0 AD 主程序 void main EX0 1 TMOD 0 x02 TH0 6 TL0 6 TR0 1 EA 1 CH451 Init CH451 初始化 CH451 Write 0 x401 设定系统参数 数码显示使能 CH451 Write 0 x568 设定显示参数 6 位扫描极限 16 16 显示驱动占空比 start 0 oe 0 13 AD t0 tt 采第一次温度作为室温作为参考 while 1 start 0 oe 0 AD settemp 初始温度设定 if ts tt 2 在离设定温度差值 1 摄氏度以上时电阻丝持续加热 否则停止加热 burn 0 else burn 1 中断定时检验 void exter0 interrupt 1 TH0 6 TL0 6 count if count 2000 14 count 0 清零 count1 if 20 tt 21 ts 5 高于设定温度 5 以上时报警 burn 1 alarm 0 if count1 30 30 秒内温度无明显变化 报警 if tt t0 5 alarm 0 count1 0 15 结 论 一 本次温度控制系统设计中存在的问题及其解决方法 就本次温度控制系统设计整体而言完全可以实现对电烤箱温度的闭环恒定控 制 但是不当之处在所难免 当热电阻检测出当前电烤箱所处的温