小型电加热热水控制器

1、 兰州工业学院毕业设计说明书（论文） 摘 要随着国民经济的发展，电力电子技术、计算机控制技术和传感检测技术被越来越广泛的采用，因此人们需要对各中加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行监测和控制。采用单片机来对他们控制不仅具有控制方便，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，从而能够大大的提高产品的质量和数量。介绍了一种以AT89C51为主要控制器件，以pt1000为温度传感器的新型数字温度计设计方法，其硬件电路包括主控制器，测温电路和显示电路等。该温度计用于软件编写过程中对上下报警温度值设置，当温度不在设置范围内时，可以报警。与传统的温度计相比，该数字温度计减少了外部硬件

2、电路，具有低成本和易使用的特点。关键词单片机; 电加热水温控制;pt1000温度传感器。56SummaryWith the development of national economy, power electronics technology, computer control technology and sensing detection technology is widely used, people need to each of the heating furnace, heat treatment furnace, reactor and boiler temperature

3、 monitoring and control.By single chip microcomputer to control not only to them is easy to control, the advantages of simple and flexible, and can greatly increase the temperature of the charged with technical indicators, thus can greatly improve the product quality and quantity. Introduces a kind

4、of AT89C51 as the main control device, with pt1000 as the temperature sensor is a new type of digital thermometer design method, the hardware circuit including main controller, temperature measurement circuit and display circuit, etc.The thermometer is used for writing software to alarm temperature

5、value is set up and down in the process, when the temperature is beyond the scope of setting, you can call the police.Compared with the traditional thermometer, the digital thermometer reduces the external hardware circuit, has the characteristics of low cost and ease of use.Keywords Single chip mic

6、rocomputer; Electric heating temperature control; Pt1000 temperature sensor.目录 摘 要1关键词1 Summary2Keywords21概 述51.1 课题研究的背景51.2 课题研究的意义51.3 课题研究的内容62. 系统的方案设计72.1系统设计要求72.2 方案设计72.2.1 控制电路和温度设定电路方案与选择72.2.2 测温电路方案选择82.2.3 显示模块的选择方案和论证82.2.4 加热电路方案选择92.2.5 单片机的选择92.2.6 单片机AT89C5192.2.7 总体电路设计133硬件电路的设计

7、133.1 电路总体原理框图133.2 系统各功能模块电路设计143.2.1 最小系统部分143.2.2 温度采集部分163.2.3 键盘和显示部分键盘部分显示部分183.2.4 加热控制部分193.2.5 报警部分203.2.6 电源电路部分203.2.7 水位检测及补水部分水位监测部分补水部分233.2.8 水位监测及补水显示部分233.3原理图的设计244软件系统的设计254.1主程序模块254.2 温度采集模块264.3 键盘模块274.4 显示模块284.5 中断模块294.6报警模块304.7温度控制模块31设

8、计总结33参 考 文 献35致 谢36附录1 原理图37附录2 程序清单38 1概 述 随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能够独立工作的温度检测和显示系统应用于诸多领域。对于不同场所、不同工艺、所需温度高低范围不同、精度不同，则采用的测温元件、测温方法以及对温度的控制方法也将不同；产品工艺不同、控制温度的精度不同、时效不同，则对数据采集的精度和采用的控制算法也不同。因而，对温度的测控方法多种多样。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。利用微机对温度进行测控的技术，也便随之而生，并得到日益发展和完善，越来越显示出其优越性。然而现有

9、的温度传感元件大多为模拟器件（热电耦）体积大、应用复杂、而且不容易实现数字化等缺点，阻碍了应用领域的扩展。1.1 课题研究的背景温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域，如家电、汽车、材料、电力电子等，常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同。在工业企业中，如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大，滞后现象严重，存在很多不确定的因素，难以建立精确的数学模型，从而导致控制系统性能不佳，甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用，但由于继电器动作频繁，可能会因触点不良而影响正常工作。控制领域还大量采用传统的PID

10、控制方式，但PID控制对象的模型难以建立，并且当扰等因素不明确时，参数调整不便仍是普遍存在的问题。1.2 课题研究的意义随着电子技术的发展和人们生活质量的提高，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化。现代社会中，随着社会的发展、科技的进步以及工业水平的逐步提高，各种恒温控制系统开始进入了工业以及其他领域，以单片机为核心的电热恒温控制系统就是其中之一同时也标志了恒温控制领域成为了自动化时代的一员。它实用性强，功能比较齐全，使人们相信这是科技进步的成果。温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用，其温度

11、的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。1.3 课题研究的内容本课题主要完成以下内容： A. 在明确系统功能要求的前提下设计出系统的总体结构；B. 方案设计，根据现场系统工作原理框图和系统的结构图以AT89C51芯片为控制核心，选择控制系统所需的硬件并进行系统硬件电路的设计；C. 完成系统的软件设计。2. 系统的方案设计2.1系统设计要求A. 温度控制范围：室温+10+90；B. 温度控制精度：±0.5；C. 温度设置：可以由按键设置控制温度；D. 显示：四位有效值显示。2.2 方案设计对课题进行深入的分析和思考，可将整个系统分区为以下几部分

12、：控制电路、温度设定电路、测温电路、水位检测电路、显示电路、加热电路 、补水电路。图2-1 系统总体框图2.2.1 控制电路和温度设定电路方案与选择控制电路可以用硬件的方式实现，也可以用软件的方式实现，具体方案有三：A. 方案一可以用运放等模拟电路搭接一个控制器，用模拟方式实现PID控制，对纯粹的水温控制这是足够的。但是附加的显示，温度的设定等功能，还要附加许多电路，稍显麻烦。同样也可以用逻辑电路实现，但总体的电路设计和制作繁琐。B. 方案二可以使用FPGA实现控制功能，使用FPGA时，电路设计比较简单，通过相应的编程设计，可以很容易实现控制、显示、键盘等功能。是一种可选的方案。但与单片机相比

13、较，价格较高，显得大材小用。C. 方案三可以使用单片机作为核心，同时可以实现控制、显示、键盘等功能。电路设计和制作比较简单，是一种非常好的方案。2.2.2 测温电路方案选择A. 方案一可以使用热敏电阻作为测温元件，热敏电阻精度高，需要配合电桥电路，电路设计比较麻烦。B. 方案二可以使用热点偶作为测温元件，热电偶在工业上应用比较广泛，测温精度比较高，性能可靠，并有专用的热电偶测温电路。C. 方案三采用半导体集成温度传感器作为测温元件，半导体温度传感器应用也比较广泛，精度、可靠性都不错，价格适中，使用比价简单，是一种较好的方案。2.2.3 显示模块的选择方案和论证A. 方案一采用LED液晶显示屏，

14、液晶显示屏的显示功能强大，可显示大量文字、图形,显示多样、清晰可见，但是价格昂贵，需要的接口线多，所以在此设计中不采用LED液晶显示屏。B. 方案二采用LED数码管动态扫描,LED数码管价格适中，对于显示数字最合适，而且采用动态扫描法与单片机连接时，占用的单片机口线少。综上所述，所以采用了LED数码管作为显示。2.2.4 加热电路方案选择根据题目，可以使用电炉加热，当水温过高时，一般只能关掉加热器，让其自动冷却，加热电源选用220V交流电。A. 方案一采用电力电子技术的PWM技术，控制其功率实现较好的精度，但电路设计比较麻烦，制作难度比较大。B. 方案二可以使用功率晶闸管控制加热器工作。晶闸管

15、体积小，重量轻，效率高，寿命长，使用方便。可以方便的进行整流和逆变且可以不改变电路结构的前提下改变整流或逆变电流的大小。2.2.5 单片机的选择AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器

16、，89C51是它的一种精简版本。89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。所以，选择采用AT89C51单片机作为主控制系统。2.2.6 单片机AT89C51A. 主要性能a. 与MCS-51单片机产品兼容b. 4K字节在系统可编程存储器c. 100次擦写周期d. 全静态操作：0Hz24Hze. 三级加密程序存储器f. 32个可编程I/O口线g. 两个16位定时器/计数器h. 5个中断源i. 可编程串行通道j. 低功耗空闲和掉电模式h.片内振荡器和时钟电路B.管脚说明VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

17、当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据。 图2-2 AT89C51引脚图 地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电

18、流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）

19、这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：接口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节

20、。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA

21、保持低电平时，则在此期间为外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器读取外部ROM数据。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，单片机读取内部程序存储器。（扩展有外部ROM时读取完内部ROM后自动读取外部ROM）。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。2.2.7 总体电路设计本着简单实用的原则，最后选择以下方案： A. 测温电路选用PT1000温度传感器测量温度信号。 B. 功率控制电路选用继电器控制。 C. 控制芯片选用

22、常见的AT89C51。 D. 显示方式选用数码管显示。 E. 键盘采用4×1的扫描键盘。3硬件电路的设计3.1 电路总体原理框图温度测量及加热系统控制的总体结构如图3-1所示。系统主要包括现场温度采集、实时温度显示、加热控制参数设置、加热电路控制输出、与报警装置和系统核心AT89C51单片机作为微处理器。 图3-1 系统总体原理框图温度采集电路以数字量形式将现场温度传至单片机。单片机结合现场温度与用户设定的目标温度，按照已经编程固化的模糊控制算法计算出实时控制量。以此控制量控制固态继电器开通和关断，决定加热电路的工作状态，使水温逐步稳定于用户设定的目标值。在水温到达设定的目标温度后，

23、由于自然冷却而使其温度下降时，单片机通过采样回的温度与设置的目标温度比较，做出相应的控制，开启加热器。当用户需要比实时温度低的温度时，此电路可以利用风扇降温。系统运行过程中的各种状态参量均可由数码管实时显示。3.2 系统各功能模块电路设计3.2.1 最小系统部分按照单片机系统扩展与系统配置状况，单片机应用系统可分为最小系统、最小功耗系统及典型系统等。AT89C51单片机是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，具有丰富的内部资源：4kB闪存、128BRAM、32根I/O口线、2个16位定时/计数器、5个向量两级中断结构、2个全双工的串行口，具有4.255.50V的电压工作范

24、围和024MHz工作频率，使用AT89C51单片机时无须外扩存储器。个发光二极管的单片机最小应用系统，其具体硬件组成如图3-2所示。图3-2 最小系统图单片机内部有一个高增益反向放大器，输入端为芯片引脚，输出端为引脚 。而在芯片外部和内部之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。晶体震荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快，但反过来运行速度快对存储器的速度要求就高，对印制电路板的工艺要求也高，所以，这里使用震荡频率为12MHz的石英晶体。震荡电路产生的震荡脉冲并不直接是使用，而是经分频后再为系统所用，震荡脉冲经过二分频后才作为系统的时钟信号。在设计电路板时，振荡

25、器和电容应尽量靠近单片机，以避免干扰。需要注意的是：电路板时，振荡器和电容应尽量安装得与单片机靠近，以减小寄生电容的存在更好的保障振荡器稳定、可靠的工作。此时钟电路接单片机的XTAL1。程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆脱困境，也需按复位键以重新启动。RST引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效。按键复位又分按键脉冲复位（图3-9）和按键电平复位。电平复位将复位端通过电阻与Vcc相连，按键脉冲复位是利用RC分电路产生正脉冲来达到复位的。因为按键脉冲复位是利用RC微分电路产生正脉冲来达到复位的。所以电平复位要将复位端通过电阻与Vcc相连.如复位电路中R、C的值选择不当，使复

26、位时间过长，单片机将处于循环复位状态。故本设计采用按键复位。此复位电路接单片机的XTAL2。3.2.2 温度采集部分温度采集电路模块如图3-3所示。R2、R3、R4 和Pt1000 组成传感器测量电桥，为了保证电桥输出电压信号的稳定性，电桥的输入电压通过TL431 稳至5V。从电桥获取的差分信号通过两级运放放大（此电路运算放大器运用ADA4922-1）,将电压的变化转变为数字变化后，由A/D转换器转换后输入单片机，运算放大器采用单电压形式。电桥的一个桥臂采用可调电阻R3，通过调节R3 可以调整输入到运放的差分电压信号大小，通常用于调整零点。VCC为外接供电电源输入端。 图 3-3温度采集电路原

27、理图TLC549是 TI公司生产的一种低价位、高性能的8位 A/D转换器，它以8位开关电容逐次逼近的方法实现 A/D转换，其转换速度小于 17us，最大转换速率为 40000HZ，4MHZ典型内部系统时钟，电源为 3V至 6V。它能方便地采用三线串行接口方式与各种微处理器连接，构成各种廉价的测控应用系统。所以选择此A/D转换器。3.2.3 键盘和显示部分 键盘部分常见的键盘可分为独立按键式键盘和行列扫描式键盘。独立式键盘应用在需要少量按键的情况，按键和单片机的I/O口线直接连接。而行列扫描式键盘应用在需求较多的情况下。考虑到热水控制器只需要高限加、高限减、底限加、底限减四个按键，

28、所以采用独立按键式键盘。理论上当按键按下或弹起时，可以相应的产生低电平或高电平，但实际并非如此。键盘按键一般都采用触点式按键开关。当按键被按下或释放时，按键触点的弹性会产生抖动现象。即当按键按下时，触点不会迅速可靠的接通，当按键释放时，触点也不会立即断开，而是要经过一段时间的抖动才能稳定下来，按键材料不同，抖动时间也各不相同。 表3-1 按键功能 按键键名 功能 S10复位键 使系统复位 S1高限加温度低于高温下限时加 S2高限减温度高于高温上限时减 S3底限加温度低于低温下限时加 S4底限减温度高于低温上限时减 一次完整的按键过程，包含以下几个阶段：1）等待阶段：此时按键尚未按下，处于空闲阶

29、段;2) 闭合抖动阶段：此时键刚刚按下，但信号处于抖动状态，系统在检测时应消抖延时，约5ms到20ms；3）有效闭合阶段：此时抖动已经结束，一个有效按键动作已经产生，系统应该在此时执行按键功能，或将按键功能记录下来，待键弹起时再执行器功能；4）释放抖动阶段：许多时候编程人员并不在此时消抖延时，但最好是执行一次消抖延时，以防止误操作；5）有效释放阶段：若设计要求在按键抬起时才执行功能，则应当在此时进行按键功能处理。完成系统的最高温度和最低温度调整的四个按键分别加上拉电阻接到单片机的P1.3-P1.6口上，共单片机查询，当没有按键按下时，单片机I/O口输入高电平，当有按键按下时，对应的单片机端口变

30、为低电平，单片机通过检测这种电平的变化确定按键的状态。 图3-4 键盘接口电路原理图 显示部分基于单片机的热水控制器采用7段数LED码管显示，这里采用4个数码管显示温度，隔一定的时间与显示时间相互切换。如图3-5。4位共阳极数码管采用扫描式工作，其中8个数据为接在单片机灌电流驱动能力最大的PO口，AT89C51单片机的每一个I/O口都能吸收8个TTL逻辑器件的输入漏电流，算下来能驱动约10mA。能驱动数码管的8个数据阴极。4位数码管的4个阳极采用4个PNP三极管9012驱动。用单片机P2.4-P2.7 4个I/O口控制。图3-5 显示接口电路原理图3.2.4 加热控制部分温度控制

31、是通过对加热电阻丝的电源通断来实现的。本系统采用晶闸管调功方式。晶闸管开关控制方式有两种：相位控制和过零控制。相位控制会使负载上的电压波形发生畸变，产生高次谐波，对电网造成公害。过零控制则能使负载上产生较完善的正弦电压波形，同时由于过零时通断，防止了过大电流冲击。 系统采用光耦过零触发驱动器实现对功率晶闸管的过零触发。光耦内部含有过零检测电路。在P3.6控制作用下，完成了功率晶闸管的触发导通。 晶闸管串接在50Hz交流电源和加热丝中，只要在给定周期内改变晶闸管的接通时间，就能达到加热功率改变的目的，从而实现温度调节。单片机P3.6口输出能控制晶闸管通断时间的脉冲信号。P3.6=1时关断晶闸管，

32、P3.6=0时开启晶闸管。如图3-6。利用热电阻温度系数随温度变化而制成的温度传感器，称为热电阻温度传感器。对于大多数金属导体，其电阻值都具有随温度升高而增大的特性。常用的金属导体材料有铂、铜、铁和镍。热电阻是中低温区最常见的一种温度传感器。它主要特点是测量精度高，性能稳定。热电阻的电阻变化范围很小，如果直接用欧姆表测量其电阻值的变化将十分困难、且误差很大，必须使用电桥电路,然后经过放大电路，放大偏差值。图3-6加热控制电路原理图3.2.5 报警部分当设定的目标温度达到时需用声音的形式提醒用户，此时蜂鸣器为三声断续的滴答滴答的叫声。系统中我们设计了越限报警，当温度低于设置的目标温度10度或高于

33、10度时蜂鸣器为连续不断的滴答滴答叫声。当单刷片机P1.7输出高电平时，三极管导通，蜂鸣器工作发出报警声。P1.7为低电平时三极管关断，蜂鸣器不工作。如图3-7。 图3-7报警电路原理图3.2.6 电源电路部分直流稳压电源一般由电源变压器、整流、滤波及稳压电路所组成。基本电路如图3-8所示。电源变压器的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需的交流电压；整流电路的作用是将交流电压变成单向脉动的直流电压，该电路采用单相桥式整流电路，由整流二极管D2、D3、D4、D5组成，这样由于D3、D5和D2、D4两对二极管交替导通，致使负载上在电压的整个周期内都有电流流过，而且方向不变；滤波电路

34、由电容等储能元件组成。它的作用是尽可能地将单向脉动电压中的交流成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压，由于经整流电路后输出的波形中含有的交流分量，会影响负载电路的正常工作，这里采用截止频率低于整流输出电压基波频率的低通滤波电路；稳压部分选用输出电压固定的三端集成稳压器LM7805，利用三端固定输出电压集成稳压器可以使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。本设计采用的是市售成品+5V电源，此稳压电源仅作解释说明作用。图3-8电源部分连线原理图3.2.7 水位检测及补水部分水位监测部分任何物质在电学里都有一定的阻值，实验证明，纯净水几乎不导电的，但人们日常使用的水

35、都会含有一定的Mg+、Ca+等离子，他们的存在使水可以具有导电的性能，水的阻值大约为10K左右。本控制装置就是利用水的导电性完成的。高电平通过电压输入探针，水位在不同的水位的时候接通相应的水位探针将高电平穿送给比较器，通过比较器转置为稳定电平再输送给单片机，促使单片机控制电机电路和水位显示电路工作、停止。三个电极分别接在单片机的P3.2,P3.3，P3.4口。本电路运用了LM339比较器，LM339电压比较器芯片内部装有四个独立的电压比较器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一

36、个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。在这里因为只有三个电极，所以只采用其中三个运放即可。 图3-9水位监测电路由于在水中两个电极之间有一定的阻值，所以在比较器的反向端连接电位器（型号：邦士3296），是为了获得与输入电压（外加电压）成一定关系的输出电压。补水部分电机控制电路如图3-10，由于实际电机额定电压比较高，而单片机的输出电压又比较低，不能直接驱动电机工作，所以运用了晶闸管的过

37、零控制。光耦内部含有过零检测电路。当需要加水时，U5接收到电平信号，控制晶闸管导通。使电机开始工作，补水电路原理与温度控制原理相同。此电机接交流220V电压。与单片机的P3.5口连接。 图3-10补水电路3.2.8 水位监测及补水显示部分本电路采用LED作为显示装置，有单片机P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口控制进行水位显示。灯全亮表示水位最高，亮两个灯表示水位处于公共点，亮一个灯表示水位处于最低。此电路采用的是共阳极的，所以只有单片机给发光二极管为低电平的时候才能是发光二极管点亮。R37，R38，R39，R40为上拉电阻起限压控流作用。LED（Light Emitting Diode）

38、，发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附着LED灯株在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。如图3-11。 图3-11水位监测及补水显示电路3.3原理图的设计A、使用Protel进行电路板设计原

39、理图，步骤如图3-12所示。 图3-12 protel设计的流程图4软件系统的设计系统的软件由三大模块组成：主程序模块、温度采集模块、键盘模块、显示模块、中断模块和运算控制模块。4.1主程序模块主程序主要完成加热控制系统各部件的初始化和实现各功能子程序的调用，以及实际测量中各个功能模块的协调在无外部中断申请时，单片机通过循环对外部温度进行实时显示。把设置键作为外部中断0，以便能对数字按键进行相应处理。主程序流程图如图4-1所示。图4-1 主程序流程图4.2 温度采集模块将PT1000热电阻采集模块正确连接后，主机发出读数据命令即可使PT1000热电阻采集模块将数据送回主机。PT1000热电阻采

40、集模块内的数据每秒钟更新一次，并周期性地更新LED显示屏的显示数据。温度测量通过pt1000温度传感器测量将测得量转换为数字量接入AT89C51单片机中。再通过与控制温度比较对晶闸管进行控制。温度采集流程图如图4-2所示。 图4-2 温度采集流程图4.3 键盘模块系统设置了4键的键盘用于实现人机交换。用户可以通过键盘直接设置和查询考勤机的相关参数。4个按键分为1排，在 P1口高4位和低4位的逻辑控制下轮流扫描。键盘扫描流程图如图4-3所示。 图 4-3 键盘扫描流程图4.4 显示模块4位LED数码管显示，采用的是动态扫描，其中不同位显示时间间隔可以通过调整延时程序的延时长短来完成。数码管显示的

41、时间间隔也能确定数码管显示时的亮度，若显示的时间间隔长，显示时数码管的亮度将亮些。若显示时间间隔过长的话，数码管显示时将产生闪烁现象。所以，在调显示时间间隔要考虑到数码管的亮度和不产生闪烁现象，其流程图如图4-4所示。图 4-4 显示流程图4.5 中断模块图4-5为中断子程序流程图，程序执行过程中，允许外部或内部事件通过硬件打断程序的执行，使其转向为处理外部或内部事件的中断服务程序中去；完成中断服务程序后，CPU继续原来被打断的程序，这个主要是为了保障整个 软件程序在运行时可以达到中断从而使系统进一步达到完善。 图 4-5 中断流程图4.6报警模块当高于设定温度时，将影响恒温箱的质量。因此，将

42、恒温箱定一个温度上限。检测到温度超限，应进行报警处理。报警子程序流程如图4-6。 图4-6报警程序流程图4.7温度控制模块本设计利用位置式PID算法，将温度传感器采样输入作为当前输入，然后与设定值相减得到偏差ek，再对之进行PID运算产生输出结果fout，再让fout控制继电器的通断时间，进而控制加热器的平均功率。其温度控制程序流程图如图4-7所示。首先，定义了一些变量，用于存放PID运算所需要的P、I、D系数，以及温度设定值，历史误差的累加和等信息。加热时间通过PID算法计算出来后，由定时器0中断控制。在温度控制程序中，计算出fout后，如果该参数大于0，则开启加热器，每进入一次定时器0中断

43、，fout参数减1，直到fout等于0，停止加热。如果PID算法计算结果比较大，说明离设定温度相差较大，则加热时间比较长，如果计算结果比较小，说明离设定温度相差较小，加热时间相对较短。 图4-7温度控制程序流程图 设计总结刚一开始拿到这个设计题目时，我觉得很难，不知道从哪里下手，感觉自己弄不出来，感觉很辛苦，甚至有了放弃了的念头。但是我还是坚持下来了，因为它对我很重要，我必须克服我的薄弱环节，我选择了坚持，后来经过老师的指导就慢慢的进入了状态，也逐渐有了思路，经过几个月的努力，紧张而又充满挑战的毕业设计终于落下了帷幕。想起做毕业设计时的那段努力的日子，我觉得有很多感慨。同时，我也拥有了无数难忘

44、的回忆和收获。 在刚开始做的时候，我就请教了老师这开头的思路，毕竟万事开头难。老师为我进行了详细的讲解，每一个部分都讲解的很详细透彻，对我提出了宝贵的意见，后来我将设计好的原理图拿给了老师，老师对我设计中出现的问题进行了一一讲解并指导我改正。我发现，要干好这件事说难不难，说简单也不简单，敷衍了事是不行的，对待任何事情都要认真去思考，用认真的态度来完成任务。 我觉得，一篇好的毕业设计是修改出来的，在设计过程中，我遇到的问题很多，有些是在自己能力之外，每当自己力所不能及的时候，我就会觉得很烦躁，但我没有放弃，而是静下心来，在和同组同学的讨论、还有老师的帮助下，完成了初步的设计。活到老，学到老。在学

45、习的过程中我收获了很多东西，最重要的就是互相学习，在完成之后我觉得很有成就感，这就是我在完成设计之后体会到的。我觉得在我做毕业设计的这几个月里的时间是最难忘的。毕业设计的完成给了我很多经验和回忆。亲手设计电路图的时间里，记忆最深的是用每一个元件画出最后的原理图。写论文的时候也曾废寝忘食。在收集资料的过程中我学到了很多关于单片机的知识，所谓活到老，学到老，在以后的学习生活中我还要不断地充实自己。在做毕业设计的过程中我学到了做任何事情都要有耐心和努力的精神，其次做学问要一丝不苟，再在出现问题的时候不可以掉以轻心，在做事情的过程中要有毅力。世上无难事，只要肯攀登，遇到困难时要努力克服。还要懂得虚心请

46、教，认真听取别人意见，这样做事情就会更完美。 参考文献1 李广弟. 单片机基础北京：北京航空航天大学出版社，20012 王福瑞. 单片微机测控系统设计大全北京：北京航空航天大学出版社，19973 赵茂泰. 智能仪器原理及应用（第2版）北京：电子工业出版社，20044 赖寿涛. 微型计算机控制技术北京：机械工业出版社，20005 沙占友. 模拟与数字万用表检测及应用技术北京：电子工业出版社19996 杭和平. AT89C51串行通信及其应用. 机械工业出版社，20087 岂兴明, 唐杰等. 51单片机编程基础与开发实例详解M. 人民邮电出版社,20088 李群芳. 单片微型计算机机与接口技术M.

47、北京: 电子工业出版社, 20019 张毅刚. 新编MCS-51单片机应用设计M. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 200310 朱定华. 单片微机原理与应用M. 北京: 北京清华大学出版社, 北京: 北京交通大学出版,200311 李维祥. 单片机原理与应用M.天津: 天津大学出版社, 200113 李广弟. 单片机基础M. 北京航空航天大学出版社， 1999.1014 胡汉才. 单片机原理及其接口技术M. 清华大学出版社，2002.1215 张毅刚, 彭喜元, 董继成. 单片机原理及应用M, 北京: 高等教育出版社, 2004. 致 谢这次毕业设计是在赵又新老师的悉心指导下完成的。他对我

48、的耐心指导让我学会了解决问题和困难的方法。这次毕业设计，我知道我一个人的力量是不行的，是赵老师和我的组员给我的帮助与大力支持这样我才能将毕业设计顺利地做完。非常感谢学校给我这个自己动手和实践的机会。同时感谢XXX老师、XXX老师、XX老师、XXX老师、XXX老师、XXX老师、XX老师、XXX等老师的精心授课，为我打下了一定的电子信息工程技术专业知识的基础。完成这次毕业设计，很感谢老师们对我的辛勤教育。谢谢学校及系院给的这次难得的机会及优良的条件，还有老师的热心指导和大力支持，以及同学互相帮助和团结协作，这次毕业设计才可以成功，我在这里忠心地感谢学校、老师还有同学们！谢谢你们！此次毕业设计的完成

49、，我学到了很多东西，也查阅了大量的书籍和浏览了无数的网页。这是我人生中一次重要的实践，以后我还想拥有更多的机会去实践，得到更多的锻炼！最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们! 2014.3.4附录1 原理图附录2 程序清单TEMPER_L EQU 29H ;用于保存读出温度的低8位TEMPER_H EQU 28H ;用于保存读出温度的高8位FLAG EQU 38H ;是否检测到PT1000标志位DAYU EQU 44H ;设温>实温XIYU EQU 45H ;设温<实温DEYU EQU 46H ;设温=实温GAOLE EQU 47H ;温度高于最高温度DILE EQU 4

50、8H ;温度低于最低温度A_BIT EQU 79h ;数码管个位数存放内存位置B_BIT EQU 7Ah ;数码管十位数存放内存位置C_BIT EQU 78H ;数码管小数存放内存位置ORG 0000HAJMP STARTORG 0003HAJMP PITOORG 0030HSTART: CLR P1.7CLR P1.3CLR P1.5SETB P1.6MOV R4, #00HMOV SP, #60H ;确立堆栈区MOV PSW, #00H ;MOV R0, #20H ;RAM ;区首地址MOV R7, #60H ;RAM ;区单元个数ML: MOV R0, #00HINC R0DJNZ R7

51、, MLCLR IT0MAIN: LCALL GET_TEMPER ;调用读温度子程序进行温度显示,这里我们考;虑用网站提供的四位数码管来显示温度显示;范围00.00到99.99度,显示精度为1 度因为12 位转;化时每一位的精度为0.0625 度LCALL DISPLAY ;调用数码管显示子程序JNB 00H, MAINCLR 00HMOV A, 38HCJNE A, #00H, SSAJMP MAINSS: LCALL GET_TEMPERLCALL DISPLAY ;调用数码管显示子程序LCALL BIJIAOLCALL XIAOYULCALL JIXIANJNB DEYU ,LOOPCLR P1.3 ;关加热器SETB P1.6 ;关蓝灯CLR DEYULCALL GET_TEMPERLCALL DISPLAYAJMP TT2LOOP: JNB DAYU, TTCLR DAYUSETB P1.3SETB P1.6SETB P0.7CLR P1.7LCALL