1、南昌航空大学科技学院学士学位论 文 1 智能烘箱温度控制器设计 摘要 : 电烘箱在机械、冶金、化工等行业具有广泛的应用，如机械零件的热处理。在某些情况下，要求对电烘箱的温度实现准确控制，若采用一般控制方法则难以实现。 以铂热电阻温度传感器 PT100 作为感应烘箱温度传感器，它将温度的变化转换为电阻阻值的变化，由铂热电阻 PT100 组成的测量电桥将烘箱温度的变化转换成电压信号变换、再经集成运放 7650 放大成 0 5V 的模拟电压信号后，经ADC0804 转换成 8 位数字信号送入 AT89C52 单片机系统， AT89C52 单片机对所采集的数据经数字滤波、变 换等处理后送入 164 显
2、示模块进行显示，同时输出控制量，控制可控硅的导通从而控制加热装置开启或关闭，实现对烘箱温度的智能控制。 本次设计所要求实现的温度测量范围为 0 300，分辨率为 1。测量结果用 3 位 LED 数码管显示。 设计中利用 STC89C52系列单片机实现了实时温度采样、智能控制，有较高的实用价值；此外，采用 数码 显示和键盘输入实现了“人机对话”，充分满足了使用者对于产品使用便捷直观的要求。 关键字 :温度传感器、 A/D 转换 、实时测温 指导教师签字 ： The development of Intelligent Oven System Student Name： Yaoxi Classe：
3、 098205234 南昌航空大学科技学院学士学位论 文 2 Supervisor： Chenlijuan Abstract : Electric oven in the machinery, metallurgical, chemical and other industries has a wide range of applications, such as mechanical partsannealing.Under certain circumstances, the oven temperature is reguired to achieve accuratecontrol,s
4、uch as the general control methods will be difficult to achieve. Platinum resistance to heat as the temperature sensor PT100 sensors oven temperature sensitive components, It will change the temperature of the resistance to the resistance changes, Platinum by the thermal resistance of Surfacing Brid
5、ge will be measured temperature of the oven converted into voltage signal conversion, then integrated operational amplifier 7650 enlarge 0 5V voltage signal simulation. After ADC0804 converted into eight digital signal into AT89C52 system, AT89C52 of the data collected by digital filtering, After pr
6、ocessing transform into 164 Module for, and determine whether the effective temperature range beyond, thus completing the measurement of temperature. The design calls for the temperature measurement range of 0 C to 300 C, resolution of 1 C. Measurement results using three digital LED Display. Design
7、 Series MCU STC89C52 use real-time temperature sampling, intelligent control, have high practical value; In addition, the use of digital display and keyboard input of the “man-machine dialogue“ fully meet the users for the products easy to use visual requirements. Keywords : temperature sensor, A /
8、D conversion, real-time temperature measurement signature of instructor : 目 录 第一章 绪论 . 1 南昌航空大学科技学院学士学位论 文 3 1.1 选题的依据及课题的意义 . 1 1.2 国内外研究概况及发展趋势 . 1 1.3 本文的主要研究内容 . 2 第二章 烘箱系统的组成及工作原理 . 3 2.1 系统的设计要求与技术指标 . 3 2.2系统组成框图与功能分析 . 3 第三章 烘箱系统硬件电路的设计 . 5 3.1 单片机最小系统 . 5 3.1.1 时钟电路 . 5 3.1.2 复位电路 . 5 3.2 温
9、度 采集放大 电路 . 7 3.3 A/D 转换电路设计 . 10 3.4 键盘、显示接口电路 . 12 3.4.1 LED 显示接口电路 . 12 3.4.2 键盘接口电路 . 13 3.5 加热控制电路 . 15 3.6 报警电路 . 16 第四章 烘箱系统软件设计 . 18 4.1 软件设计总体框图 . 18 4.2 系统子程序设计 . 19 4.2.1 A/D 转换子程序 . 19 4.2.2显示 程序 . 21 4.2.3 键盘输入程序 . 22 第五章 系统调试 . 23 5.1 单片机系统调试 . 23 5.2 温度采集电路的调试 . 23 5.3显示电路的调试 . 23 第六章
10、 结论 . 25 6.1 实现功能 . 25 6.2 不完善之处 . 25 参考文献 . 26 南昌航空大学科技学院学士学位论 文 4 致谢 . 27 附录一 电路原理图 . 28 附录二 程序清单 . 29 第一章 绪论 1.1 选题的依据及课题的意义 南昌航空大学科技学院学士学位论 文 5 在现代化的工业生产中，温度是工业对象中主要的被控参数之一，例如在冶金、机械、食品、化工各类工业中，广泛使用 的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，对工件的处理温度要求严格控制，现代计算机温度控制系统使温度控制指标得到大幅度的提高 。 温度控制无论是在工业生产过程中，还是在日常生活中都起着非常重要的作用。在工
11、业控制中，温度控制是一个很重要的环节。温度控制的好坏，往往影响成品的好坏。在日常生活中，过低的温度满足不了人们的需求，而过高的温度则会造成能源的巨大浪费。特别是在当前全球能源极度有限的情况下，掌握好对温度的控制是必要的。 烘箱的用途十分广泛，它适用于烘烤有化学性气体及食品加工行业的欲烘烤物品、基板应力的去除、油墨的固 化、漆膜的烘干等，并且广泛使用于电子、电机、通讯、电镀、塑料、五金化工、食品、印刷、制药、 PC 板、粉体、含浸、喷涂、玻璃、陶瓷、木器建材等等的精密烘烤、烘干、回火、预热、定型、加工等，既适用于工业生产的加工过程，也适用于日常生活的一些物品的烘烤。随着现代工业生产和生活的要求不
12、断提高，对其过程中温度控制器的精度、通用性、人性化、安全稳定性等性能要求越来越高，同时其成本及实用性对人们来说也不容忽视。所以如果能将烘箱的温度控制的技术提高的话，那么人们的许多日常活动都将变得更加方便，对能源的节约也起到了重要的意义。 本系统以单片机为核心，主要部分包括传感器温度采集、 A/D 转换、按键操作、显示等部分。采用 PID 算法实现温度控制功能，并使其达到要求的精度，完成对温度的采集和实时显示、超温报警等功能的实现。 1.2 国内外研究概况及发展趋势 已往的烘箱采用的是手控式的和电子式的温度控制装置，随着人们对温度控制的精度和操作简便的要求的提高，人们又发明了以单片机为核心的温度
13、控制装置，该种装置是目前较先进的温度检测和控制装置。具有温度控制准确，操作简便和结构简单等众多的优点。但它也还存在着许多的不足之出不能满足人们某些方面的要求。 例如其输出结果常用数码管显示，结果不够形象，对于复杂数据的处理更是力不从心。因此许多温度控制系统增加了 RS-232 等的接口电路，增强了与上位机的联系，并通过编程可实时的画出温度曲线，更有利于对温度进行控制，更可进一步观察温度变化的规律。 PID等算法的运用使的温度的控制更加的精确。 南昌航空大学科技学院学士学位论 文 6 随着计算机技术的发展和完善，微机被广泛运用与检测和控制领域。微机在测控技术中的运用，使得传统的测控手段，方法和设
14、备发生了根本的变化，形成了自动化，实时化和智能化的微机检测与控制系统。用 PC机替代单片机， PC机的强大的数据处理和人机 对话功能可以用来弥补单片机控温的不足。 随着科学技术的发展和自动化程度的进一步提高， 烘箱 做为实验室的常用设备也在不断的发展，由原来单一的产品逐渐向多个方向发展，比如电脑控温、真空烘箱等等 。 1.3 本文的主要研究内容 本系统的研发主要包括了系统硬件和系统软件的设计。硬件设计工作主要包括了：掌握温度传感器、 数码管 显示、键盘输入、放大器件和模数转换芯片工作原 理，并由此设计出具体硬件电路；在软件方面则是利用单片机组成控制系统，编程实现键盘数据输入，温度数据采集及实时
15、显示和加热控制的功能。本系统以STC89C52 单片机为微控制器 ,利用 PT100传感器与单片机组成的测控系统 ,检测当前温度并通过单片机的控制实现对烘箱的加热。单片机数通过 HD7279键盘显示当前采样温度值以及键盘输入的设定温度值。 南昌航空大学科技学院学士学位论 文 7 第二章 烘箱系统的组成及工作原理 2.1 系统的设计要求与技术指标 本课题的任务是应用单片机技术对一脱蜡烘箱进行温度控制 。 具体技术要求如下： 1. 设计一路温度采集电路 ； 2. 设计键盘、显示接口电路，可时实显示和设定温度值； 3. 设计输出控制接口电路和报警电路； 4. 控温范围为 0 300，精度为 1 2.
16、2系统组成框图与功能分析 本系统主要由四大部分组成：数据采集转换电路模块、控制电路模块、键盘显示模块、加热驱动模块、报警电路模块。各模块主要功能： 一、数据采集、放大、转换模块完成温度信号的测量放大和转换。 二、控制模块主要包括单片机最小系统、各种接口电路。 三、显示模块主要是通过 7279键盘显示来实现。 四、加热驱动电路模块主要完成单片机控制可控硅加热。 五、 报警电路模块实现在烘箱温度超过设定温度时发出警告。 1硬件电路组成框图 简化的硬件组成框图如下： 图 2.1硬件原理图 加热 控制 温度转 换电路 控 制 对 象 报警显示 A/D 转 换电路 单片机控制 键盘显示电路 南昌航空大学
17、科技学院学士学位论 文 8 2、基本功能 使用 pt100构成电桥测量温度，温度的信号经过 AD转换电路后进入单片机系统实现显示温度，控制加热设备等功能，同时可通过键盘可设置电路参数 3、软件的基本组成 软件主要有主程序， A/D转换程序，键盘输入等几部分组成，主要实现 键盘数据输入，温度数据采集及实时显示和加热控制的功能。南昌航空大学科技学院学士学位论 文 9 第三章 烘箱系统硬件电路的设计 3.1 单片机最小系统 3.1.1时钟电路 时钟电路是计算机的心脏，它是控制着计算机的工作节奏。 STC89C52内部都有一个反相放大器， XTAL1、 XTAL2 分别是反相放大器输入和输出端，外接定
18、时反馈元件就组成震荡器产生时钟送至单片机内部的各个部件。如下图 3.1 所示，片内电路与片外器件构成一个时钟发生电路， CPU 的所有操作均在时钟脉冲同步下进行。片内振荡器的震荡频率 fOSC 非常接近晶振频率，一般多在 1.2MHz12MHz 之间选取，这次毕设用的时钟频率是 6MHz。图 3.1 中 C1、 C2 是反馈电容，其值在 5pF 30pF 之间选择 ,其典型值是 30Pf。作用有两个：其一是使振荡器起振，其二是对振荡器的频率 f 起微调作用（ C1、 C2 大， f 变小）。 图 3.1 单片机时钟电路 南昌航空大学科技学院学士学位论 文 10 3.1.2 复位电路 系统在启动
19、运行时都要复位，使中央处理器和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这状态开始工作。采用上电复位方式，在 RST复位端接一个电容 R16 至 Vcc 和一个电容 C6 至 Vss(地 ),就能实现上电自动复位 。在上电的瞬间，电容通过电阻充电，就在端出现一定时间的高电平。只要保持 RST 引脚为高电平时间足够长，就可使 CPU 复位。所需高电平时间的长短与 Vcc 上升时间和振荡器起振时间有关。 10MHz 时，约 1ms； 1MHz 时，约 10ms。若 Vcc 上升时间小于 20ms，那么从上电时间算起，只要保持 RST 引脚在高电平停留时间不小于 20ms 即可。图 3.2 中 R16=51K ， C6=22F ，若频率为 12MHz，可以保证可靠的上电复位。如果频率降低，可以适当加大电容 C6。单片机复位电路最小系统如图 3.2所示： 图 3.2 单片机复位电路
