智能烘箱温度控制器设计 毕业论文

中人机接口的一个重要组成部分，一方面通过显示器监视参数输入的状态，另一方面，通过显示器显示仪器仪表测量和控制的结果和运行的状态。目前常用的显示器有LED显示器，LCD显示器，平面等离子显示器，CRT显示器等，LED显示器由于其体积小，驱动方便，亮度大，寿命长而得到广泛应用，而LCD由于其所需功率甚低，在一些便携式仪器中得到广泛应用，另外点阵式LCD，由于它能方便地显示各种图形和符号，因此，越来越多的复杂仪器也开始采用这一显示技术。 16 3.4.1.1 LED显示器结构 LED显示器是由发光二极管显示字段组成的显示器，有7段和“米”字段之分，这种显示器有共阳极和共阴极两种。如图七所示，共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，相应的段就被点亮，同样，共阳极LED显示器的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压，当某发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。 图3.8 7段LED显示器引脚及原理图 共阴极和共阳极LED数码管的几何尺寸和字形是相同的，使用时要加以注意，另外，每一种LED又有不同的发光颜色，如:红、绿、黄、橙等。 一般地，发红光的LED，每段流过5mA的平均电流，就可以有较满意的亮度，7mA电流会更亮些，10mA以上也不会再亮多少，但长期运行于10mA以上会缩短其寿命，最大电流平均值不得超过30mA，LED显示器允许的反向电压最大值为5V，此时的反向电流一般小于10uA，小尺寸的LED显示器每段只有一个发光二极管，其正向压降约为1.5V，一般最大不大于2V，大尺寸的LED显示器每段可能由数个发光二极管串联，每段压降也要增大。 七段LED数码管的字高有7.6mm、10.8mm、12.5mm、15.4mm、20.3mm、25.4mm和45.7mm等几种。 3.4.1.2 显示电路方案比较 方案一:采用74LS164 芯片驱动 在本次设计中，用单片机的串行口来外接3片74LS164作为6位LED显示器 17 的静态显示接口，把单片机的RXD作为数据输出线，TXD作为移位时钟脉冲。所谓静态显示，就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的I/O接口用于笔划段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路就可以了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码。使用这种方法，占用CPU的内部资源少，控制程序简单，但占用较多的硬件资源。故本次设计采用可提供单独锁存的I/O接口电路的串并转换电路74LS164。其电路原理图如图3.9所示。 图3.9 164显示电路 74LS164为TTL单向8位移位寄存器，可实现串行输入、并行输出的功能。它的A、B(第1、2脚)为串行数据输入端，2个引脚按,逻辑与运算规律输入信号，公用一个输入信号时可并接。T(第8脚)为时钟输入端，可连接到串行口的TXD端。每一个时钟信号的上升沿加到T端时，移位寄存器移一位，8个时钟脉冲过后，8位二进制数全部移入74LS164中。R(第9脚)为复位端，当R,0时，移位寄存器各复位为0，只有当R,1时，时钟脉冲才起作用。Q1,Q8(第3,6和10,13引脚)并行输出端分别接LED显示器的dp、g、f、e、d、c、b、a各段对应的引脚上。 所谓时钟脉冲端，其实就是需要高、低、高、低的脉冲，在74LS164获得时钟脉冲的瞬间，如果数据输入端(第1、2脚)是高电平，则就会有一个1进入到74LS164的内部。如果数据输入端是低电平，则就有一个0进入其内部。在给出了8个脉冲后，最先进入74LS164的第一个数据就到达了最高位，然后再来一 18 个脉冲，从单片机RXD端输出的数据就 进入到第一片74LS164中，当第二个8个脉冲到来后，第一个数据就进入第二片74LS164，而新的第二个数据就进入到了第一片74LS164中，这样依次类推。 方案二:HD7279键盘显示电路 HD7279A，它共有28个引脚。它是一片具有串行接口的，可同时驱动8位共阴式数码管(或64只独立)的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可连接多达64键盘矩阵，单片即可完成LED显示、键盘接口的全部功能。 HD7279内部含有译码器，可直接接受BCD码或16进制码，并同时具有2种译码方式.此外,还具有多种控制指令 ,如消隐,闪烁,左移,右移,段寻址等. HD7279A 芯片大大简化系统电路。HD7279A 只需要4 根线(CS、CLK、DATA、KEY)与AT89C51 相连，仅仅使用单片机的P1.0,P1.3 口，大大节省了CPU 的端口资源，即可实现键盘接口功能。由于HD7279A 内部含有去抖动电路，软件编程时不需要键盘的消抖动程序。电路如图3.10所示: 3.10 硬件键盘显示电路 为了电路的简洁方便，因此选择了7279键盘显示。 19 3.5 加热控制电路 控制部分最主要是电子开关电路。电子开关电路一般由光电耦合芯片、继电器、双向可控硅的等电子器件组成。电路要实现控制回路(输入)与负载回路(输出)之间的电隔离及信号耦合，可达到无触点，无火花接通和断开电器的目的。电子开关电路应用领域十分广泛，如用于计算机的接口、微机的测控系统、自动控制等领域。 本次毕设采用光电耦合器和双向可控硅等元件设计等器件构成开关电路,该电路除用于控制交流接触器，还可以用于控制灯光、加热器等，但一定要注意双向可控硅的参数是否能满足负载的要求。 工作原理:在输入端加一个控制信号，就可以控制输出端的“通”和“断”，实现“开关”功能。其中耦合电路是以光电耦合器作为输入、输出间的通道，又在电气上实现电隔离，以防止输出端对输入端的影响。吸收电路由电阻、电容组成，它是为了防止电源中带来尖峰电压、浪涌电流对开关器件的冲击和干扰而设的。如图3.11所示电路 图3.11 控制电路原理图 图中R1的阻值由下式确定:R31,V/1.2A，1.2A为双向开关的额定电流。当主电网电压为220V时，V,/2*220=308V，则R1=308/1.2=250Ω(所以，可控硅SCR的规格应依R31的大小进行选择。 3.6 报警电路 本设计当温度超过300?时，这就需要报警。电路中采用灯报警，就是点亮一个发光二极管。当P3.4为0时，报警灯亮;当P3.4为1时，报警灯不亮。电 20 路图如图3.12所示。 图3.12 报警电路 发光二极管发出的光必须达到一定的强度，一般要求流过发光二极管的电流 为5,10mA，限流电阻R31应取: ,VVCCOF (3.10) ,R31IF 其中:V? 电源电压 cc V? 发光二极管的管压降,一般为1.5,2.0V OF I ? 要求流过发光二极管的电流 F 21 第四章 烘箱系统软件设计 4.1 软件设计总体框图 根据系统的总体设计要求以及硬件电路原理，按照硬件连接和各个模块芯片的特性以及功能实现要求，本系统的主要包括五个步骤:系统初始化，调键扫程序，采样温度并送显，加热控制和报警。主程序框图如图4.1所示 开始 工作单元清0 窜口初始化，并规定波特率 定时器0初始化，开中断 调键扫程序 采样温度并保存 温度值送显 设定温度，采样温度, N Y 开可控硅，使加热器加热 关可控硅 采样温度，极限温度, Y N 清报警标志 报警 N N 图4.1 主程序框图 22 4.2 系统子程序设计 4.2.1 A/D 转换子程序 根据设计选取的A/D 转换芯片ADC0804 以及提高分辨率到小数点后一位的要求，按照硬件电路图的连接情况，设计了A/D 转换子程序。其中选取AT89C52 的P0 口与A/D 转换器的数据口相连。 1.AD 转换时序 ADC0804 控制信号的时序图如下图4.2 所示 图4.2 ADC0804 控制时序图 根据控制时序图，可见各控制信号时序关系为:当CS 与WR 同时为低电平，A/D 转换器被启动，且在WR 上升沿后100μs 模数转换完成，转换结果存入数据锁存器;同时，INTR 自动变为低电平，以表示本次转换结束。此时，如果CS、RD 同时来低电平，则数据锁存器三态门打开，数字信号送出，而在RD 高电平到来后三态门处于高阻状态。简而言之，即当CS 与WR 同时为低，启动A/D 转换;然后短暂延时(如0.1ms)后，将CS 与RD 同时为低，则可开始读取A/D 转换结果。A/D转换程序如图4.3所示: 23 开始 启动A/D 转换 读取A/D 转换数据dat dat/10，商为百位数 显示百位数 dat/10，商为十位数 显示十位数 余数为个位数 显示个位数 返回 返回 图4.3 A/D 转换的流程图 24 4.2.2 显示程序 本次设计用了8个七段共阳极数码，开辟显缓区单元40H,47H，显示程序 采用查表的方法把40H,47H中的内容显示出来。其程序框图如图4.4所示。 开始 显缓单元40H?R0 计数单元赋初值 #08H?R7 对相应的显缓单 元写入命令 查表将送显示的 值存入A中 N R7减1为0, Y Y 返回 图4.4 显示子程序框图 25 4.2.4 键盘输入程序 本次设计的键盘是独立式键盘，采用行扫描法。本次按键选择子程序采用查 询方式来实现按键的识别，这时CPU只要一有空闲就调用键盘扫描程序，查询键 盘，识别键值，并予以处理。程序流程图如4.7所示: 开始 键扫 N 有键按下否, Y N 是否为设置键, Y 进入闪烁控制 键识别 加 减 移 位 键 键 键 确认键 返回 图4.7 键扫程序流程图 26 27 第五章 系统调试 5.1单片机系统调试 最小系统是系统的核心，必须保证它的正常工作。首先得保证线路连接正确和导通，有时系统板工作不正常往往是这方面的原因;另外AT89C52的P口必须得正常工作，其调试方法是:将AT89C52的P口与调试好的显示电路连接起来， 2再利用EPROM仿真器编写简单的程序，比如说让P1口的某一位输出方波，然后用示波器去检查波形是否正确;或者让P1口的某一位置高电平/低电平，然后用万用表去检查引脚上的电平。还可以测试外部中断口和内部定时器的工作情况，测试方法是:在P口正常工作的情况下，可以通过改变外部中断和定时中断到来前后P 口的电平来检测外部中断和定时中断的工作情况。 5.2温度采集电路的调试 首先调试采样转换电路。用电阻箱模拟PT100，先将打到100Ω档，用万用表测量电桥输出端的电压，同时调节精密电位器R3使得万用表示数为零。此时电桥平衡。再用万用表测运放输出端，看电压是否为0。实际上应该是0.01V左右，不可能真的为0。再将电阻箱打到138.5Ω(100?对应的PT100的电阻值)，用万用表测电桥输出端电压，与理论值相比较。实际值是45.8mV。再用万用表测运放输出电压，看看是否是5V左右。实际上比5V小，此时调节电位器R6使运放输出电压接近5V。由于运放给的工作电压为?5V，所以一般是达不到5V输出的，因此可以加大运放的工作电压，从而使运放输出电压为5V。注意运放的工作电压要对称地加大，且不可超过?15V。作好后再把电阻箱打到100Ω档，看看运放输出电压是多少。如果趋于0V就表示调好了，否则就说明放大电路或是电桥存在问题，要重复上面的工作找原因。实际上此时运放输出为0.22V，根据上述分析可以认定采样电路调好了。 A/D转换电路要结合程序一起调试。由于用到了外部中断1(INT1)，所以在运行时可以用万用表测89C52的 WR和RD脚，看看电平是否满足正确的时序。 5.3 显示电路的调试 本电路由于有5个按键(外加一个单独的复位键)和8个数码管，所以此电 路单独制作一块PCB板，用了一个四腿的插排与最小系统板连接通讯。此电路是接在单片机实验箱与最小系统板上直接连P1.0~P1.3口进行调试的。将程序通 28 过串行线由电脑输入单片机再通过仿真线输入最小系统板，运行程序，则164键盘显示板上就会显示运行结果。如初始状态数码管显COOL，通过按键盘上预先设定好的功能键，数码管依次进行显示， 结束显示功能，按下此键时能够显示结束标志STOP，清零显示功能，则要使的按下此键，可实现所有显示的清零，信息发送与信息接收功能键，此时只要附个固定值，按下此键时，能够正确显示出所设定的值。这样便可确定显示及键盘的硬件电路的可行性。 硬件调试: 首先要检查数码管是否能被点亮。上电前，用万用表测量，简单的方法:把万用表的红表笔接到数码管的3或8脚上(系统采用共阳极数码管)，黑表笔接到其余的脚，如果每一段都被点亮，则说明数码管是好的。再送一个小程序使八个数码管显示“00000000”，实际操作说明显示电路完全正确。 软件调试: 软件调试是根据子程序和主程序间的顺序来调试的。可按显示子程序、A/D采样子程序、数制转换子程序。 但在调试中必须注意到时序，，即延时问题。只有充分考虑到这些各方面的问题，显示部分的调试才会相对顺利。细致分析下来，有以下问题在调试时需要注意: (1)制作键值表，以便在扫描键盘时通过程序读取被按键的行首键号，然后再查键值表即可知道什么键被按下。 (2)判断是否有键按下，无键按下时为FFH。 (3)按键的去抖动。被按键的簧片总会有轻微的抖动，这种抖动会持续10ms。 (4)求键值，由于键盘上所有按键的键值都存放在键值表中，可以利用查表指令求得被按键的键值。 (5) 按键的类型判别。 29 第六章 结论 6.1 实现功能 通过将近四个月的设计与制作，完成了查找资料、硬件原理图设计、PCB 线路板的制作、软件编写，系统调试等几项工作。系统成功的达到了设计的要求。本次设计完成的主要功能如下: 实时地在数码管上显示温度。单片机获得键盘输入的设定值后，比较两者的温度来决定开启或关闭可控硅。 6.2 不完善之处 虽然该设计能达到毕业设计要求，基本完成毕业设计的任务，但是由于受到各个方面原因的限制，本次毕业设计还存在许多不完善的方面。在硬件设计过程中，选择的A/D 器件精度还有待提高，只有提高了加热和控温器件的精度才能大大增加产品的市场竞争力;在制作方面，由于采用了人工焊接存在了一定的误差和不稳定性;在编程方面，只采用了简单的开关控制来控制可控硅，还存在很大的提升空间，可以选择更加先进的控温算法来实现控温精度的提高。 30 参考文献 [1]. 沈红卫.基于单片机的智能系统设计和实现[M].北京:.电子工业出版社,2005 [2]. 张友德、赵志英、涂时亮. 单片微型机原理、应用与实践(第四版)[M]. 上海:复旦 大学出版社，2003年6月 [5]. 赵家贵等 .新编传感器电路设计手册[M].北京:中国计量出版社，2002 [6]. 高晓蓉 .传感器技术[M].成都:西南交通大学出版社，2003 [7]. 赵负图.传感器集成电路手册[M]. 北京:化学工业出版社，2001 [9]. 王福瑞. 单片微机测控系统设计大全[M]. 北京:北京航空航天大学出版社，1998 [10]. 张友德等 .单片微型机原理、应用与实验[M]. 上海:复旦大学出版社，1991 [11]. 苏军. 传感器技术在生产实践中的研究与应用[M].北京:北方工业大学，2003 [12]. 徐芳芳，陈平等. 多点温度测试系统[J]. 山东理工大学学报[J]. 2005,5(19):64~68 [13]. A.P.Goutzoulis and D.R.Pape. Design and Fabrication of Acousto-optic devices[M], Marcel Dekker. New York, 1994 [14]. C.C. Wong,C.C. Chen, A hybrid clustering and gradient descent approach for fuzzy modeling, IEEE Tram. On system[J], Man and Cybernetics-Prat B, 1999, 29(6) 31 致 谢 在这里我首先要感谢的是我的指导老师陈黎娟老师，他在我们的毕设过程中给了我们很大的指导和帮助。在我们遇到困难的时候总是耐心的帮助我们分析错误，理清我们的思路，并且教给我们很多调试程序的经验和实际设计过程中应注意的问题，对我的设计提出了许多宝贵的意见，使我们能在规定时间内保质保量地完成了毕业设计。在此对她给予的帮助表示衷心的感谢～ 我还要感谢我们电子系的其他老师。感谢他们为我们提供了毕设的场地和必要的元器件和设备，给了我们大学毕业之前的一次锻炼的机会。在此我还要感谢在设计中帮助过我的同学，尤其是我的搭档亢子云同学。毕设中，我们密切合作，共同参与了两部分的设计和调试。在此对他给予的帮助表示衷心的感谢～ 32 附件一 电路原理图 硬件电路总原理图 33 附件二 源程序 adc_read data 30h ;采样数据暂存单元 adc_BCD data 31h ;采样值转化成温度值存储单元 disp_flash data 32h ;闪烁控制位单元 T2CON data 0c8H RCAP2L data 0caH RCAP2H data 0cbH Tl1 data 0ccH TH2 data 0cdH flash_bit data 33h key_touch bit 00H ;按键标志位 flash bit 01h flash1 bit 02h led_alarm bit p3.4 out_si bit p3.5 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP INTT0 ORG 0100H MAIN: mov sp,#67h mov r0,#7fh lp1: mov @r0,#00h ;工作单元清0 djnz r0,lp1 mov @r0,#00h mov T2CON,#30H ;串口初始化，并规定波特率 mov TH2,#0FFH 34 MOV TL2,#0ECH MOV RCAP2H,#0FFH MOV RCAP2L,#0ECH MOV SCON,#50H MOV PCON,#00H ORL T2CON,#04H MOV TMOD,#00000001B ;定时器0初始化 MOV TH0,#00H MOV TL0,#00H MOV IE,#10000010B ;开中断 clr TR0 MOV 43H,#10 MOV 44H,#10 MOV 45H,#0 MOV 46H,#0 MOV 47H,#0 WAIT: mov r2,#2fh lpp: lcall DEALYY LCAll KEY_DEAL DJNZ R2,lpp lcall adc0804 mov a,p0 mov adc_read,a LCALL ADC_TEMP mov a,adc_BCD mov b,#100 div ab mov a,b mov b,#10 35 div ab mov 41h,a mov 42h,b lcall disp jb tr0,lp2 lcall t_control lcall alarm lp2: mov a,adc_bcd MOV SBUF,A jnb ti,$ clr ti lJMP WAIT t_control: mov r1,45h cjne r1,#00,t4 mov a,#00h ljmp t5 t4: mov a,#00h mov b,#100 t3: add a,b djnz r1,t3 t5: push acc mov a,46h mov b,#10 mul ab mov r1,a pop acc add a,r1 36 add a,47h cjne a,adc_bcd,$+1 jc t1 clr out_si ret t1: setb out_si ret alarm: mov a,adc_bcd cjne a,#80,$+1 jc t2 clr led_alarm ret t2: setb led_alarm ret INTT0: CLR EA PUSH ACC PUSH PSW SETB RS0 CLR RS1 INC DISP_flash MOV A,DISP_flash CJNE A,#03H,$+1 JC INT0_RET MOV DISP_flash,#00H cpl flash INT0_RET: MOV TH0,#00H MOV TL0,#00H 37 POP PSW POP ACC SETB EA RETI ADC_TEMP: MOV A,ADC_READ push acc mov b,#05 div ab mov b,a pop acc add a,b mov adc_bcd,a ret adc0804: mov dptr,#0feffh clr p2.0 MOVX @DPTR,a setb P2.0 LCALL DEALY clr p2.0 MOVX a,@DPTR mov adc_read,a setb p2.0 ret DEALY: MOV R7,#0AH DEALY1: MOV R6,#0FFH DEALY2: DJNZ R6,DEALY2 38 DJNZ R7,DEALY1 RET DISP: jnb flash,l1 setb flash1 mov a,flash_bit add a,#40h push acc mov r1,a mov a,@r1 push acc mov @r1,#10 L1: MOV DPTR,#PTMB MOV R0,#40H MOV R6,#08H l4: MOV A,@R0 MOVC A,@A+DPTR MOV R7,#08H L2: CLR P1.6 NOP RLC A MOV P1.7,C SETB P1.6 DJNZ R7,L2 INC R0 DJNZ R6,L4 jnb flash1,l3 pop acc mov r2,a 39 pop acc mov r1,a mov a,r2 mov @r1,a clr flash1 l3: RET DEALYY: MOV R7,#0AH DEALY11: MOV R6,#0FFH DEALY22: DJNZ R6,DEALY22 DJNZ R7,DEALY11 RET KEY_DEAL: MOV A,P1 CPL A ANL A,#3FH JNZ KEY1 KEY0: CLR KEY_TOUCH KEY2: RET KEY1: JB KEY_TOUCH,KEY2 LCALL DEALYY MOV A,P1 SETB KEY_TOUCH JNB ACC.0,SK1 JNB ACC.1,SK2 JNB ACC.2,SK3 JNB ACC.3,SK4 JNB ACC.4,SK5 JNB ACC.5,SK6 40 LJMP KEY0 SK1: setb tr0 mov flash_bit,#07h RET SK2: dec flash_bit mov a,flash_bit cjne a,#05h,$+1 jc pp4 ljmp pp5 pp4: mov flash_bit,#07h pp5: RET SK3: mov a,flash_bit add a,#40h mov r0,a inc @r0 mov a,@r0 cjne a,#0ah,pp2 mov @r0,#00h pp2: RET SK4: mov a,flash_bit add a,#40h mov r0,a dec @r0 mov a,@r0 cjne a,#0ffh,pp3 mov @r0,#09h pp3: RET SK5: clr tr0 clr flash 41 mov flash_bit,#0ffh RET SK6: RET PTMB:DB 0C0H,0CFH,0A4H,0B0H,99H,92H DB 82H,0F8H,80H,90H,0ffh end 内部资料， 请勿外传～ 42 A tjA(万kWh)b'bashfP'shfPshg1Pd'e'e'Pshg1cdPq 43