基于單片機的電阻爐爐溫控制系統硬件設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 會更多的出現，而單片機和智能理論的結合，將來不但更多的改進現行智能溫度測量與控制電器，而且將會產生全新的智能溫度測量與控制電器。 3 總體設計 系統硬件框圖 本系統由單片機 AT89C5溫度檢測電路、鍵盤顯示及報警電路、時鐘電路、溫度控制電路等部分組成。系統中采用了 新型 元 件，功能強、精度高、硬件電路簡單。 本文是基于先進的單片機控制技術，在低耗能下可實現對爐溫的精確控制。 該系統具體的工作原理是這樣的：單片機定時對爐溫進行檢測，經 A／ D 轉換后得到相應的數字量，送到計算機，計算機依據給定的控制規(guī)則算法進行判斷和運算，得到應有的控制量去控制加熱系統，從而實現對溫度的控制。選用 AT89C51 單片機實現。技術指標： (1)控制溫度可設定； (2)精度為177。 2℃ ； (3)實時顯示被測溫度； (4)故障報警。 溫度智能控制系統的原理方框圖如圖 1所示。計算機通過程序實現對被控對象 電熱爐的 控制。 圖 1 溫度控制器的硬件框圖 計算機輸出脈沖觸發(fā)電路，通過過零觸發(fā)電路去驅動雙向可控硅，從而控制電阻爐的加溫電阻的功率，這就是后向通道。同時，由測溫傳感器測量出電阻爐的溫度，經溫度檢測變換后，轉換為數字量反饋給計算機，形成前向通道，并使系統構成閉環(huán)。本系統主要完成數據采集、溫度顯示、爐溫控制、故障檢測以及報警功能，智能控制器由單片機完成，采用規(guī)則 自尋優(yōu)的控制算法進行過程控制。加熱爐采用雙向可控硅控制，由單片機輸出通斷率控制信號，產生可控硅的過零觸發(fā)脈沖。 . AT89C51 鍵盤 故障檢測 報警電路 數碼顯示 雙向可控硅 固態(tài)繼電器 加熱爐 傳感器 集成溫度檢測 PC上位機 基于單片機的電阻爐爐溫控制系統硬件設計 4 AT89C51 單片機簡介 AT89C51 單片機的基本組成 在一小塊芯片上，集成了一個微型計算機的各個組成部分，即 AT89C51 單片機芯片內包括： （ 1）一個 8 位的微處理器（ CPU） 。 （ 2）片內 256 字節(jié)數據存儲器 RAM/SFR，用以存放可以讀 /寫的數據，如運算的中間結果、最終結果以及欲顯示的數據等。 （ 3）片內 4KB 程序存儲器 Flash ROM，用以存放程序、一些原始數據和表 格。 （ 4） 4 個 8 位并行 I/O 端口 P0P3,每個端口既可以用作輸入，也可以用作輸出。 （ 5）兩個 16 位的定時器 /計數器，每個定時器 /計數器都可以設置成計數方式。 （ 6）具有 5 個中斷源、兩個中斷優(yōu)先級的中斷控制系統。 （ 7）一個全雙工 UART 的串行 I/O 口，用于實現單片機之間或單片機與 PC 機之間的串行通信。 （ 8）片內振蕩器和時鐘產生電路，但石英晶體和微調電容需要外接。 （ 9）具有節(jié)電工作方式，即休閑方式和掉電方式。 以上各個部分通過片內八位數據總線相連接。 [3] AT89C51 單片機引腳及其功 能 如圖 2所示為單片機 AT89C51 的引腳圖。 圖 2 單片機 AT89C51的引腳圖 （ 1） XTAL1（ 19 腳）：振蕩器反相放大器的及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。 基于單片機的電阻爐爐溫控制系統硬件設計 5 （ 2） XTAL2（ 18 腳）：振蕩器反相放大器的輸出端。 （ 3） RST（ 9 腳）：復位輸入，當振蕩器工作時， RST 引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。 （ 4） P0 口（ 39～ 32腳）： P0口是一個漏極開路的 8位準雙向 I/O 端口。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅動 8 個 LS 型 TTL 負載。當 P0口作為輸入口使用時，應先向口鎖存器寫入全 1，此時 P0 口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。 （ 5） P3 口（ 10～ 17腳）： P3 口是一組帶有內部上拉電阻的 8位雙向 I/O多功能口。P3 口輸出緩沖器可驅動 4 個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入 “1” 時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口，此時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流。當 CPU不對 P3 口進行 SFR 尋址訪問時，即用作第二功能輸出 /輸入線時，由內部硬件使鎖存器Q置 1。用作第二功能時如表 1 所示。 整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE 管腳處低電平 10ms 來完成。在芯片 擦除操作中，代碼陳列全被寫“ 1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外， AT89C51 設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時器，計數器，串口和中斷系統仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。 [45] 表 1 P3口與第二功能表 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD (串行輸出口 ) INT0（外中斷 0） INT1（外中斷 1） T0（定時器 /計數器 0） T1（定時器 /計數器 1） WR（外部數據存儲器寫選通） RD（外部數據存儲器讀選通） 基于單片機的電阻爐爐溫控制系統硬件設計 6 3 系統各模塊硬件電路圖設計 溫度檢測電路 本系統采用的 K型（鎳鉻 鎳硅）熱電偶，其可測量 1312℃以內的溫度，其線性度較好，而且價格便宜。 K 型熱電偶的輸出是毫伏級電壓信號，最終要將其轉換成數字信號與 CPU 通信。傳統的溫度檢測電路采用“傳感器 濾波器 放大器 冷端補償 線性化處理 A/D 轉換”模式，轉換 環(huán)節(jié)多、電路復雜、精度低。在本系統中，采用的是高精度的集成芯片 MAX6675 來完成“熱電偶電勢 溫度”的轉換，不需外圍電路、 I/O接線簡單、精度高、成本低。 MAX6675 是 MAXIM 公司開發(fā)的 K 型熱電偶轉換器，集成了濾波器、放大器等，并帶有熱電偶斷線檢測電路，自帶冷端補償，能將 K 型熱電偶輸出的電勢直接轉換成 12 位數字量，分辨率 ℃。溫度數據通過 SPI 端口輸出給單片機，其冷端補償的范圍是20℃ —— 80℃，測量范圍是 0—— ℃。表 2為 MAX6675 的引腳功能圖。 [67] 表 2 MAX6675 的引腳功能圖 引腳號 名稱 功能 1 GND 接地端 2 T 熱電偶負極 (使用時接地 ) 3 T+ 熱電偶正極 4 VCC 電源端 5 SCK 串行時種輸入端 6 CS 片選信號 7 SO 數據串行輸入端 8 NC 懸空不用 圖 2為系統的溫度檢測電路。當 為低電平且 口產生時鐘脈沖時， MAX6675的 SO腳輸出轉換數據。在每一個脈沖信號的下降沿輸出一個數據， 16個脈沖信號完成一串完整的數據輸出，先輸出高電位 D15，最后輸出的是低電位 D0， D14D3為相應的溫度轉換數據。當 為高電平時， MAX6675 開始進行新的溫度轉換。在應用 MAX6675時，應該注意將其布置在遠離其它 I/O 芯片的地方，以降低電源噪聲的影響； MAX6675的 T端必須接地，而且和該芯片的電源地都是模擬地，不要和數字地混淆而影響芯片讀數的準確性。 基于單片機的電阻爐爐溫控制系統硬件設計 7 圖 2 溫度檢測電路圖 LED 顯示電路圖 本系統采用 4 個共陰極 LED 數碼管及驅動芯片 MC1449 74HC139 共同構成顯示電路。 MC14495 是 BCD— 7段十六進制鎖存譯碼驅動芯片。 — 用于輸出段碼， 控制 24譯碼器的使能端，低電平有效； — 為位選碼輸出。工作中，在需要改變顯示數據時，單片機才通過 P0 口送出相應的數據，平時不需要刷新。 如下圖 3為 LED顯示電路圖 。 基于單片機的電阻爐爐溫控制系統硬件設計 8 圖 3 LED顯示電路圖 基于單片機的電阻爐爐溫控制系統硬件設計 9 圖 3中給出了四位共陰性數碼管的靜態(tài)顯示應用電路。本系統中采用靜態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示器就是當顯示器顯示某個字符時，相應的段（發(fā)光二極管 ）恒定地導通或截止，直到顯示另一個字符為止。例如， 7 段顯示器的 a, b, c段恒定