温度控制器的课程设计

1、黑龙江科技大学 专 业：电气工程及其自动化班 级：电气10-4姓 名：李波学 号：2010021396 指导老师：焦文良 完成日期：2013.12.20-2013.12.25 目录绪论- 2 -第一章 系统工作原理- 3 -1.1 工作原理- 3 -1.2系统的总体结构图- 4 -第二章 温度器的检测部分- 4 -2.1 温控器接线图及原理- 4 -2.2 什么叫热电偶- 5 -第四章 温度控制器的显示部分- 13 -4.1 七段数码显示管- 13 -4.2 七段数码管的结构与工作原理- 14 -4.3 七段数码管驱动方法- 15 -第五章 温度控制器的反馈部分- 18 -5.1 报警蜂鸣器的

2、连接电路- 18 -5.2 HK4001继电器S3-5工作原理- 19 -5.3上下限温度调节按钮电路- 20 -第六章 程序调试部分- 21 -6.1 单片机程序- 21 -附录- 29 -总结- 31 -绪论全球工业电子温度控制器市场近年来增长缓慢，因为温度控制器环节已经被纳入分布式控制系统（DCS），个人电脑（PC）和可编程逻辑控制器(PLC)。随着我国电子温度控制其市场的迅猛发展，与之相关的核心生产技术应用与研发必将成为企业关注的焦点。了解国内外电子温度控制器生产技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势对于企业提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。目前，智能电子式温度控制器必将在短

3、期内全面取代机械式温度控制器。并且，智能温度控制器还将在精度、功能、可靠性及安全性等方向迅速发展。对智能温度控制器进行研究设计是相当有益的。现代信息技术的三大基础是信息采集控制（即温度控制器技术）、信息传输（通信技术）和信息处理（计算机技术）。温度控制器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度控制器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量日渐上升。 温度控制器是基于单片机开发的温度控制装置。其主要功能是，根据用户设定温度与实际温度的差值来控制加热器等执行机构，从而改变温度至用户所需。而我要设计的就是可控制对象是一个高温玻璃制成的加温室，24V直流电源作为功率电源进行加温，还有一个热电偶的

4、温度检测电路，并设计一闭环控制系统，达到恒温控制，应有被控对象的检测和反馈环节。第一章 系统工作原理1.1 工作原理 首先，由热电偶感受出温度并将其数字信号传递给单片机的接口部分，单片机接收到信号后，对其进行处理（由导入单片机的程序设置处理过程及处理结果），并将处理后的结果通过端口传递给七段数码显示管让其显示出当前的温度值。如果温度高于或者是低于所设置的温度上下限（上下限由程序进行设置），单片机以端口就向蜂鸣器和外接的控制装置发出信号，蜂鸣器接收信号后开始报警，外接控制装置接收信号后分析是上限信号还是下限信号（可调节），分析后控制升温或者是降温。当温度恢复至所控制的范围后，热电偶感受温度后将数

5、字信号传递给单片机，单片机处理后则停止向蜂鸣器和外接的控制装置发信号，蜂鸣器和控制装置就停止动作等待下一次信号的到来。此过程即完成了温度的测量和两点间的温度控制工作，完全自动控制，方便快捷（直流电机的旋转来模拟升温和降温）1.2系统的总体结构图第二章 温度器的检测部分2.1 温控器接线图及原理 热电偶探测温度.当温度低於整定值时 "总" "低" 接线端内触点闭合.接触器通电接通加热器电源.反之当温度升到整定值时 "总" "低" 接线端内触点分开.接触器通电断开加热器电源.2.2 什么叫热电偶这就要从热电偶测温原理说

6、起，热电偶是一种感温元件，是一次仪表，它直 接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质 的温度。热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体（称为热电偶丝材或热电极）组成闭合回路，当接合点两端的温度不同，存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端（也称为测量端），温度较低的一端为自由端（也称为补偿端），自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系，制成热电偶分度表；分度表是自由端温度在 0时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度

7、表。在热电偶回路中接入第三种金属材料时，只要该材料两个接点的温度相同，热电偶所产生的热 电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。因此，在热电偶测温时，可接入测 量仪表，测得热电动势后，即可知道被测介质的温度。热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度，对于热电偶的热电势，应注意如下几个问题：1:热电偶的热电势是热电偶两端温度函数的差，而不是热电偶两端温度差的函数；2:热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关；3:当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶

8、的温度差有 关；若热电偶冷端的温度保持一定，这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。常用的热电偶材料有：热电偶分度号热电极材料正极负极S铂铑 10纯铂R铂铑 13纯铂B铂铑 30铂铑 6K镍铬镍硅T纯铜铜镍J铁铜镍N镍铬硅镍硅E镍铬铜镍2.热电偶的检测原理由热电偶热电效应产生的电流经电路处理转变成电压信号，并经过二级放大，放大至正比与温度的电压，送至ICL7107 31#脚，最后由数码管显示热电偶测量到的温度值。 3.ICL7107 的简介ICL7107是美国Intersil公司专为数字仪表生产的数字仪V为满幅输入电压一般取200mV或2VINFS表专用芯片。该芯片集成度高,转换精度高,抗

9、干扰能力强,输出积分电容CINT可直接驱动发光数码管,只需要很少的外部元件,就可以构成数积分电容取值用下式估算:字仪表模块。ICL7107芯片用在X线机毫安显示电路中,能使毫CINT=4000×IINT/fosc×VIS安读数显示电路做到使用元件少,可靠性高,调试维修方便。V为积分器输出幅度。IS1ICL7107芯片简介自动稳零电容CAZICL7107是双积分式3位半模数转换器,ICL7107集成电自动稳零电容CAZ大小的选择依系统允许引入的噪声为路内. 传统的数字显示测量仪表以集成芯片(比如ICL7107芯片)集成显示为主,或者进行A/D转换后,简单地用单片机技术实现数字

10、显示,单片机技术只是运用于简单的显示作用.由于随着计算机辅助教学在电工电子等教学设备的应用,迫切要求教学设备的硬件结构符合计算机双向控制的要求.特别是在测量仪表上,运用大量的单片机技术可以使许多功能简单实现。4.辨认引脚芯片的第一脚，是正放芯片，面对型号字符，然后，在芯片的左下方为第一脚。也可以把芯片的缺口朝左放置，左下角也就是第一脚了。许多厂家会在第一脚旁边打上一个小圆点作为标记。第三章 温度器的控制部分1.单片机STC89C52RC（1）如上图所示，单片机能正常工作的条件，复位电路，和晶振电路，其中当按下按键开关REST，此时当处于震荡器工作的单片机RESET出现连续两个高电平，可使单片机

11、回到初始状态。为了提高系统的抗干扰能力，在电源的一端接上一个小电容。（2）外接晶振引脚XTAL1和XTAL2XTAL1(19脚)和XTAL2(18脚)：接外部石英晶振的一端，在单片机的内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。2. STC89C52RC单片机介绍STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择主要特性如下：1. 增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051.2. 工作电压：5.5V3.3

12、V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V单片机）3. 工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz，实际工作频率可达48MHz4. 用户应用程序空间为8K字节5. 片上集成512字节RAM6. 通用I/O口（32个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片8. 具有EEPROM功能9. 具有看门狗功能10. 共3

13、个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T211. 外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒12. 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART13. 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）14. PDIP封装STC89C52RC单片机的工作模式l 掉电模式：典型功耗<0.1A,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序l 空闲模式：典型功耗2mAl 正常工作模式：典型功耗4Ma7mAl 掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备第四章 温度控制器的显示部分4.1 七

14、段数码显示管 七段数码显示管用于显示所测量的温度值，如下图所示此数码管的位选段由P2.0P2.4进行控制选通，段选端则有P1八位口进行控制，利用其动态扫描，来显示四位不同的数字温度。4.2 七段数码管的结构与工作原理7段数码管一般由8个发光二极管组成，其中由7个细长的发光二极管组成数字显示，另外一个圆形的发光二极管显示小数点。当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发光。控制相应的二极管导通，就能显示出各种字符，尽管显示的字符形状有些失真，能显示的数符数量也有限，但其控制简单，使有也方便。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极数码管，阴极连在一起的称为共阴极数码管，如图所示。共阴极7段数码管内

15、部字段LED和引脚分布 共阳极4.3 七段数码管驱动方法7段数码管静态显示电路原理图之锁存电路74LS47管脚定义动74LS47是一款BCD码转揣为7段输出的集成电路芯片，利用它可以直接驱动共阳极的7段数码管。它的引脚分部和真值表分别下图。7段数码管静态显示电跩 原理图之锁存译码电路7段数码管静态显示电路原理图之CPU电路上述设计中，单片机工作时钟由18.432MHZ的晶振产生；电路中共有4位7段共阳极数码管，用于显示数据；74HC573是8位锁存器，用于锁存各个数码管的显示数据；74HC138是38线译码器，它和6反相器74HC04一起实现地各个数码管的锁存器控制地址的译码。第五章 温度控制

16、器的反馈部分5.1 报警蜂鸣器的连接电路（1）蜂鸣器的工作，当温度高于上限温度或是低于下限温度时，单片机控制器的P0.7口的就输出高低电平的波形而使三极管集电极和积集导通从而让蜂鸣器发出报警的声音。而当温度被控制在一个范围内时，单片机的P0.7口就发停止发出波形，而使蜂鸣器停止报警。 （2）外接温度控制部分，此部分为一个继电器，当温度低于下限温度时，单片机的P2.6口就发出低电平，从而是继电器的控制端通电导通，当继电器导通时，继电器的常闭触点变为常开触点，从而使C和B点连接导通，使加热装置通电，对被加热物体加热，使温度升高。当温度高于上限温度时，单片机的P2.6口就停止发出低电平，三极管关短导

17、致继电器控制端也关断，使常开触点变为常闭触点，C和A之间导通，使外部制冷装置工作从而使温度降低致所规定的范围。5.2 HK4001继电器S3-5工作原理（1）继电器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。（2）电磁继电器一般由 电磁铁,衔铁,弹簧片,触点 等组成的，其工作电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成。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

18、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”。5.3上下限温度调节按钮电路按钮S13控制上限温度的选择，当按下S13按钮时，数码管上显示上限温度值。按钮S14控制着下限温度的选择，当按下S14时，数码管显示下限温度值。S15为温度上下限设置增加键，S16为上下限温度设

19、置减少键。通过此四个按键可以任意设置上下限温度。第六章 程序调试部分6.1 单片机程序#include <reg52.h> #include <intrins.h> /_nop_();延时函数用 #define uint unsigned int #define uchar unsigned char uint a=250; uint b=200; sbit DQ=P30; /温度输入口 sbit P20=P20; sbit P21=P21; sbit P22=P22; sbit P23=P23; sbit P17=P17; sbit P25=P25; sbit P26

20、=P26; sbit S1=P34; sbit S2=P35; sbit S3=P36; sbit S4=P37; unsigned int h,n=0; unsigned int temp; /*uchar code table=0x40,0xf9,0xa4, 0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80, 0x90,0x88,0x80,0xc6,0xa1,0x86, 0x8e;*/温度小数部分用查表法unsigned char data temp_data2=0x00,0x00; /读出温度暂放unsigned char data display5=0x00,0x00,0x0

21、0,0x00,0x00; /显示单元数据，共4个数据和一个运算暂用/11us延时函数void delay(unsigned int t)for (;t>0;t-);/ /延时882usvoid delay882us(void)unsigned char i;for(i=0;i<255;i+);_nop_();/消震除延时程序 void delay1(uint z) int x,y;for(x=z;x>0;x-) for(y=110;y>0;y-); /DS18B20复位函数ow_reset(void)char presence=1;while(presence)whil

22、e(presence) DQ=1;_nop_();_nop_();/从高拉倒低DQ=0; delay(50); /550 usDQ=1; delay(6); /66 uspresence=DQ; /presence=0 复位成功,继续下一步 delay(45); /延时500 us presence=DQ; DQ=1; /拉高电平/DS18B20写命令函数/向1-WIRE 总线上写1个字节void write_byte(unsigned char val) unsigned char i;for(i=8;i>0;i-) DQ=1;_nop_();_nop_(); /从高拉倒低 DQ=0;

23、_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/5 us DQ=val&0x01; /最低位移出 delay(6); /66 us val=val/2; /右移1位 DQ=1; delay(1); /DS18B20读1字节函数 /从总线上取1个字节unsigned char read_byte(void)unsigned char i;unsigned char value=0;for(i=8;i>0;i-)DQ=1;_nop_();_nop_(); value>>=1; DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /

24、4 us DQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/4 us if(DQ)value|=0x80; delay(6); /66 usDQ=1;return(value); /读出温度函数unsigned int read_temp()ow_reset(); /总线复位 delay(200); write_byte(0xcc); /发命令 write_byte(0x44); /发转换命令 ow_reset(); delay(1);write_byte(0xcc); /发命令 write_byte(0xbe); temp_data0=read_byte(); /读

25、温度值的低字节 temp_data1=read_byte(); /读温度值的高字节 temp=temp_data1; temp<<=8; temp=temp|temp_data0; / 两字节合成一个整型变量。 if(temp>6348) temp=65536-temp;n=1; display4=temp&0x0f; / 取小数部分的值 temp=temp>>4; / 取中间八位,即整数部分的值 temp=temp*10+display4; return temp; /返回温度值 /数码管扫描void x8led(unsigned long ddd)un

26、signed char l11=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x7f; unsigned char xx4=0,0,0,0; xx0=ddd%10; xx2=ddd/10%10; xx1=ddd/100%10;xx3=ddd/1000%10;P20=0; P1=lxx0; delay882us(); P20=1; P21=0; P1=lxx1; delay882us(); P21=1; P22=0; P1=lxx2; P17=0; delay882us(); P22=1; P23=0; P1=lxx3; delay882us(); P23=1; /蜂鸣器报警模块void baojing()BEEP=BEEP;delay(40); /主函数void main()P0=0xff; /初始化端口 P2=0xff; for(h=0;h<4;h+) displayh=0； ow_reset(); /开机先转换一次 writ