基于-单片机的烘箱温度控制器设计

基于单片机的烘箱温度控制器设计

目录

1.项目概述 (1)

1.1.该设计的目的及意义 (1)

1.2.该设计的技术指标 (2)

2.系统设计 (3)

2.1.设计思想 (3)

2.2.方案可行性分析 (4)

2.3.总体方案 (5)

3.硬件设计 (6)

3.1.硬件电路的工作原理 (6)

3.2.参数计算 (7)

4.软件设计 (8)

4.1.软件设计思想 (8)

4.2.程序流程图 (9)

4.3.程序清单 (10)

5.系统仿真与调试 (11)

5.1.实际调试或仿真数据分析 (11)

5.2.分析结果 (13)

6.结论 (12)

7.参考文献 (13)

8.附录 (14)

1.项目概述：

1.1．该设计的目的及意义

温度的测量及控制，随着社会的发展，已经变得越来越重要。而温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数，准确测量和有效控制温度是优质，高产，低耗和安全生产的重要条件。在工业的研制和生产中，为了保证生产过程的稳定运行并提高控制精度，采用微电子技术是重要的途径。它的作用主要是改善劳动条件，节约能源，防止生产和设备事故，以获得好的技术指标和经济效益。

而本设计正是为了保证生产过程的稳定运行并提高控制精度，采用以51系列单片机为控制核心，对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态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。

通过本设计的实践，将以往学习的知识进行综合应用，是对知识的一次复习与升华，让以往的那些抽象的知识点在具体的实践中体现出来，更是对自己自身的挑战。

1.2．该设计的技术指标

设计并制作一个基于单片机的温度控制系统，能够对炉温进行控制。炉温可以在一定围由人工设定，并能在炉温变化时实现自动控制。若测量值高于温度设定围，由单片机发出控制信号，经过驱动电路使加热器停止工作。当温度低于设定值时，单片机发出一个控制信号，启动加热器。通过继电器的反复开启和关闭，使炉温保持在设定的温度围。

（1） 1KW 电炉加热(电阻丝)，最度温度为120℃(软件实现)

（2）恒温箱温度可设定，温度控制误差≦±2℃（软件实现PID）

（3）实时显示温度和设置温度，显示精度为1℃(LED)。

（4）温度超过设置温度±5℃，发出超限报警，升温和降温过程不作要求。

（5）升温过程采用PID算法，控制器输出方式为PWM输出方式，降温采用自然冷却。

（6）功率电路220 VAC供电，强弱电气电隔离

2.系统设计

2.1.设计思想

以87C51单片机为整个温度控制系统的核心，为解决系统出现一时的死机的问题，需构建复位电路，来重新启动整个系统。要想控制温度，首席必须能够测量温度，就需要一温度传感器，将测量得到的温度传给单片机，经单片机处理后，去控制继电器等器件实现电炉的断与通来达到温度期望值，当温度超过设定上下限值时，可以通过中断信号，控制指示灯的亮灭，来提醒温

度过高或过低，以便采取必要的措施，来阻断或导通电炉进行加热或者冷却，以使温度保持在设定值，更可以通过LED显示设定值和温度实时值，可以设定一功能键，来切换是显示设定值还是温度实时值，另外如果想更改设定温度值，可以通过设定加减键来实现温度设定值的增减，而温度的控制过程可以通过软件编程实现最优控制，比如PID算法。

2.2.可行性方案分析

实现温度控制的方法主要有以下几种。

1.方案一：采用纯硬件的闭环控制系统。该系统的优点在于速度较快，但可靠性比较差控制精度比较低、灵活性小、线路复杂、调试、安装都不方便。且要实现题目所有的要求难度较大。

2.方案二：FPGA/CPLD或采用带有IP核的FPGA/CPLD方式。即用FPGA/CPLD完成采集，存储，显示及A/D等功能，由IP核实现人机交互及信号测量分析等功能。这种方案的优点在于系统结构紧凑，可以实现复杂的测量与与控制，操作方便；缺点是调试过程复杂，成本较高。

3.方案三：单片机与高精度温度传感器结合的方式。即用单片机完成人机界

面，系统控制，信号分析处理，由前端温度传感器完成信号的采集与转换。

这种方案克服了方案一、二的缺点，所以本课题任务是基于单片机和温度传感器实现对温度的控制。

2.3. 总体方案

（1）系统结构框图：

3.硬件设计 3.1.硬件电路的工作原理

3.1.1单片机选择

单片机是整个控制系统的核心，要满足大存、高速率、通用性、价格便宜等要求，本设计选择87C51作为主控芯片。

87C51是INTEL 公司MCS-51系列单片机中

基本型产品，它采用INTEL 公司可靠的CHMOS

工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准

的MCS-51的体系结构和指令系统。。它结合了

HMOS 的高速和高密度技术及CHMOS 的低功耗特

征，是80C51BH 的EPROM 版本，电改写光擦除

的片4kB EPROM 。

87C51置中央处理单元、128字节部数据存储器

RAM 、32个双向输入/输出(I/O)口、2个16位

定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工

串行通信口，片时钟振荡电路。快速脉冲编

程，如编写4kB 片ROM 仅需12秒。

此外，87C51还可工作于低功耗模式，可通过

两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下

冻结CPU 而RAM 定时器、串行口和中断系统维

持其功能。掉电模式下，保存RAM 数据，时钟

振荡停止，同时停止芯片其它功能。87C51有

PDIP 和PLCC 两种封装形式。

单 片 机 87C51 引 脚 图 主要功能特性：

· 标准MCS-51核和指令系统

· 4kB 部ROM （外部可扩展至64kB ） · 32个可编程双向I/O 口 · 128x8bit 部EPRAM(可扩充64kB 外

给定

值 87C51 单片机

驱动电路 晶闸管主电路 被控对象 输出温度 采 样 电 路