基于单片机的20kw电炉温度检测设计.doc

1、辽 宁 工 业 大 学单片机原理及接口技术 课程设计（论文）题目：基于单片机的20KW电炉温度检测设计院（系）： 电气工程学院 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： （签字）起止时间： 2014.6.162014.6.27 本科生课程设计（论文）I课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室： 自动化注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算学 号 学生姓名 专业班级课程设计（论文）题目基于单片机的20KW电炉温度检测设计课程设计（论文）任务课题完成的功能：本课程设计是完成单片机控制下的工业电炉温度控制系统，采用 8 位单片机 89C51 作为控制核心，

2、实现电炉温度信号的采集、运算及控制。设计任务及要求：（1）完成单片机最小工作系统。（2）完成输入通道设计，包括 8 点的温度信号采集、变送器电路设计、I/V 变换电路设计、A/D 转换电路设计。（3）完成温度系统的显示电路设计，可以显示电炉温度。（4）撰写课程设计说明书（论文）：其中应包含设计方案说明、系统组成总体结构、硬件设计、软件设计等内容。技术参数：工业电炉的额定电压380V、额定功率 20KW、额定温度1500；变送器4-20mA、I/V变换0-5V。要求系统给定温度范围 800-1200，控制温度误差小于 。5进度计划 1、布置任务，查阅资料，确定系统设计方案（2 天）2、系统硬件设

3、计及模块选择（3 天）3、系统软件设计及编写功能程序及调试（3 天）4、撰写、打印设计说明书（1 天）5、验收及答辩。 （1天）指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日摘 要温度是工业生产过程中主要的被控制参数之一，与之相关的各种温度控制系统广泛应用于冶金化工机械食品等领域。温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量。在冶金工业、工业生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉热处理炉反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制；因此设计一种一种较为理想的温度检测系统是非常有

4、价值的。本设计以电阻炉为检测对象，以单片机 AT89C51 为硬件核心元件，以ADC0808 作为 A/D 转换器，通过铂铑-铂热电偶 LB-3 进行温度数据采集，来实现对电阻炉的温度进行实时检测并显示。关键词：AT89C51 AD 转换器本科生课程设计（论文）III目 录第 1 章 绪论 1第 2 章 课程设计的方案 22.1 概述 .22.2 系统组成总体结构 .2第 3 章 硬件设计 43.1 单片机最小系统设计 .43.1.1 核心部分单片机 .43.1.2 单片机最小系统 .53.2 显示电路 .53.3 A/D 转换电路 73.4 温度采集电路 .73.5 变送电路 .83.5.1

5、 4 20mA 变送器 XTR10183.5.2 I/V 转换器 RCV4209第 4 章 软件设计 .114.1 主程序流程图 114.2 读出温度子程序 11第 5 章 课程设计总结 .13参考文献 14附录 15本科生课程设计（论文）1第 1 章 绪论1.1 课题背景与技术发展：从 20 世纪 20 年代开始，电阻炉就在工业中得到使用。随着科学技术的发展电阻炉被广泛的应用在冶金机械石油化工电力等工业生产中，在很多生产过程中，温度的检测与生产安全生产效率产品质量能源节约等重大技术经济指标紧紧相连。因此各个领域对电阻炉温度检测的精度的要求也越来越高，温度检测技术也成为现代科技发展中的一项重要

6、技术。单片机的特点是体积小，也就是其集成特性，其内部结构是普通计算机系统的简化，增加一些外围电路，就能组成一个完整的小系统，单片机具有很强的可扩展型。它具有和普通计算机类似的强大的处理数据功能，通过使用一些科学的算法，可以获得很强的数据处理能力。所以单片机在工业应用中，可以极大地提高工业设备的智能化数据处理能力和处理效率，而且单片机无需占用很大的空间。随着检测理论和技术的不断更新，温度传感器的种类也越来越多，在微机系统中使用的传感器，必须是能够将非电量转换成电量的传感器，目前常用的有热电偶传感器热电阻传感器和半导体集成传感器等，每种传感器根据其自身特性，都有它自己的应用领域。1.2 课题内容：

7、本课题是基于单片机的电阻炉温度检测系统设计，其利用单片机作为系统的核心处理器，通过温度传感器检测电阻炉的实际温度数据信号，再经 A/D 转换后，将数字信号送入到单片机中进行数据处理，用 4 为 LED 数码管显示温度。第 2 章 课程设计的方案2.1 概述本次设计主要是综合应用所学知识，设计电阻炉的温度检测系统，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。能够较全面地巩固和应用“单片机”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型单片机系统设计的基本方法。应用场合: 应用于一些带有加热设备的工业环境 ，电阻炉的温度检测系统通过温度传感器将温度信号通过 AD 转换器传送给单片机，单片机对温度数据

8、进行处理，将输出信号传送给 LED 数码管显示电路，完成对电阻炉温度的显示。 2.2 系统组成总体结构本文为基于单片机的电阻炉温度检测系统的设计。此系统由单片机、温度信号采集电路、A/D 转换电路和 LED 数码管显示电路组成。图 2.1 系统结构框图2.2.1 核心处理模块单片机该部分的主要功能是接收由温度传感器经 AD 转换器的数据信号，并对温度数据进行处理，传送给 LED 数码管电路进行温度数据显示。单片机是整个温度检测系统的数据处理核心。显示电路 AT89C51 A/D 转换器 温度传感器 电阻炉显示电路AT89C51温度传感器A/D 转换器电阻炉本科生课程设计（论文）32.2.2 温

9、度信号采集与传感器本部分的主要作用是用温度传感器检测模拟环境中的温度信号，温度传感器上的电流信号将随环境温度值线性变化。再把电流信号转换成电压信号，使用 AD转换器将模拟电压信号转换成单片机能够进行数据处理的数字电压信号。2.2.3 系统功能设计本系统的设计功能是对电阻炉的温度进行检测显示。采用 AT89C51 单片机来处理电阻炉的温度数据，采用 4 位 LED 动态显示。第 3 章 硬件设计3.1 单片机最小系统设计3.1.1 核心部分单片机AT89C51 是一种低功耗/低电压、高性能的 8 为单片机，片内带有一个 4K 字节的 Flash 可编程序可擦除只读存储器（PEROM） ，它采用了

10、 CMOS 工艺和 ATMEL公司的高度非易失型存储器（NURAM） ，而且其输出引脚和指令系统与 MSC-51 兼容。片内的 Flash 存储器允许在系统内可编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。此外，AT89c51 还具有两个 16 为定时/计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。AT89C51 单片机对电阻炉的温度数据进行处理以及温度显示。4 位 LED 数码管显示电阻炉的实际温度。图 3.1 AT89C51 单片机本科生课程设计（论文）53.1.2 单片机最小系统 单片机最小系统，或者成为最小应用系统，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的

11、系统。对AT89051单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路。图3.1 单片机最小系统电路图复位电路:由电容串联电阻构成,由图并结合“电容电压不能突变“的性质，可以知道，当系统一上电，RSET 脚将会出现高低平，并且，这个低电平持续的时间由电路的 RC 值来决定。典型的 51 单片机当 RSET 脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位，所以，适当组合 RC 的取值就可以保证可靠的复位。晶振电路:典型的晶振取 12MHz，俩电容串联与晶振并联，电容有助于晶振起振。3.2 显示电路显示电路采用4位共阴极LED数码管显示。LED 数码管是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型

12、的器件，引线已经在内部链接完成，只需要引出他们的各个笔划，公共电极。LED数码管的接法分为共阳极和共阴极两类。共阳极接法是把发光二极管的阳极连接在一起构成阳极公共引脚，使用时公共阳极接+5V，阴极加低电平发光二极管导通点亮；共阴极接法是把发光二极管的阴极连接在一起构成阴极公共引脚，使用时公共阴极接地，阳极加高电平发光二极管导通点亮。本设计采用共阴极接法。显示方式分为静态显示和动态显示两类。静态显示是指每个数码管的每一个断码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动；动态显示是将所有数码管的8个显示笔划“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端连在一起，

13、另外每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，只要将需要显示的数码管的选通控制打开就显示出字型，没有选通的数码管不会亮。本设计4位LED显示电路采用动态显示，显示的内容有温度是千位、百位、十位和个位。其电路连接方式如下图：图3.2 LED数码管显示电路3.3 A/D 转换电路本科生课程设计（论文）7电阻炉炉温信号是一种变化缓慢的信号，这种信号在进行 A/D 转换时，对变换速度的要求不高。因此为了降低成本以及方便选材，可以选用廉价的、常用的A/D 芯片 ADC0808，ADC0808 是一种逐次逼近式 8 路模拟输入、8 位数字输出的A/D 转换器件，转换时间为 100s，完全满足系统设计的要

14、求。经过 ADC0808 转换所得到的实际炉温数据直接送入 AT89C51 单片机中进行数据处理。其电路图如下：图3.3 A/D转换电路3.4 温度采集电路温度采集电路主要有铂铑-铂热电偶组成 LB-3。LB-3 热电偶可以在 1300高温下长时间工作满足常规处理工艺要求。其特点如下：1) 测量精度高：热电偶与被测对象直接接触，不受中间介质的影响；2) 热响应时间快：热电偶对温度变化反映灵敏；3) 热量范围大：2001300均可连续测温；4) 性能可靠，机械强度好；5) 使用寿命长，安装方便。图3.4 温度采集电路3.5 变送电路3.5.1 420mA 变送器 XTR101XTR101为420

15、mA线性变送器，它可以把传感器的电压信号自动的变换成标准的电流信号。内部含一个高精密的仪表放大器、一个电压/电流变换器和两个相同的1mA精密恒流源基准。该电路失调电压低，最大为30V，漂移小，最大为0.75V/，外接元件可适用于远程信号传输变换和热电偶、电阻温度计、热敏电阻以及应变计电桥等多种工作状态的变送器电路。实际应用时，应在输出端外加一个功率管，使工作时的热源外移，保证其工作稳定性。它可与镍络-镍硅测温传感器构成精密的T/I变换。器件中的放大器适合很宽的测温范围，在-4085的工作温度内，传送电流的总误差差不超过1%，供电电源可以从11.6V到40V，输入失调电压2.5mV，输入失调电流

16、20mA。XTR101外形采用标准的14脚DIP封装。其电路图如下：本科生课程设计（论文）9图3.5 XTE101电路图3.5.2 I/V 转换器 RCV420RCV420是美国RURR-BROWN公司生产的一种精密电流环接收器芯片，用于将420mA 输入信号转换成05V 输出信号，具有很高的性能价格比。它包含一个高级运算放大器、一个片内精密电阻网络和一个精密10V电压基准。其总转换精度为0.1%，共模抑制比CMR达86dB，共模输入范围达40V。对环路电流有很好的变换能力。具有-25+85和070的工作温度范围，输入失调电压1mA，总的变换误差0.1%，电源电压范围518V。RCV420的外

17、形采用标准的16脚DIP封装。RCV420 在满量程时的电压下降仅为 1.5V，在环路中串有其他仪表负载，或者在对变送器电压有严格限制的应用场合非常有用。10V 电压基准提供了一个典型温漂为 5ppm/的精密 10V 输出。RCV420 无需其它外围器件辅助，就能实现诸多功能。增益、偏置和 CMR 无需调节，较之由分立器件设计的印制板电路，RCV420 具有更低的开发成本、制造成本和现场维护费用。其电路图如下：图3.5 RCV420电路图本科生课程设计（论文）11第 4 章 软件设计4.1 主程序流程图主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理的测量的当前温度值，温度测量每1s 进行一次

18、。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图4.1 所示。系统初始化程序扫描A/D 转换数据处理温度显示图4.1 主程序流程图 4.2 读出温度子程序 读出温度子程序的主要功能是读出 RAM 中的 9 字节，在读出时需进行 CRC 校验，校验有错时不进行温度数据的改写。其程序流程图如图 4.2 所示。3.4 计算温度子程序返回开始计算温度子程序将RAM 中读取值进行BCD 码的转换运算，并进行温度值正负的判定，其程序流程图如图3.4 所示。复位命令 复位命令发跳过 ROM 命令发读取温度命令读取操作，CRC 校验读取操作，CRC 校验CRC校验证？9 字节完？结束发跳过 ROM 命令发

19、温度转换命令结束图 4.3 温度转换流程图YYNN图 4.2 度温度流程本科生课程设计（论文）13第 5 章 课程设计总结经过将近两周的单片机原理及接口技术设计，终于完成了电阻炉的温度检测系统的设计。本文以AT89C51单片机为数据处理器，利用4位LED数码管显示输出温度，以20KW电阻炉为检测对象，提出了一套的检测温度的设计方案，并进行了系统硬件设计及软件算法的实现。在本系统中，通过单片机的数据处理，温度传感器检测检测，实现了对电阻炉的温度的检测。实验表明，该系统性能良好，运行稳定。设计过程中，我组查阅了大量的有关资料，同学互相交流，学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获还是很多的。在设计

20、中培养了我们独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心。让我们充分体会到在创造过程中探索的艰辛和成功的喜悦。在设计过程中，培养了我独立思考的能力，我不仅学到了更多是知识，也感受到了生活的充实和学习的快乐，以及获得知识的成就感。真正接触了实践，对未来充满了信心，以良好的心态去面对社会。同时我们也体验到了工作的艰辛，促使自己努力学习更多的知识，为自己今后的工作奠定良好的基础。最后还要在此感谢指导老师，在整个设计过程中给予了我们充分的帮助与支持。参考文献1 梅丽凤，王艳秋，汪毓铎，任国臣.单片机原理及接口技术 M .第 3 版北京：清华大学出版社.2009 2 李朝清.PC 机及单片机数据通信技术

21、M .北京：北京航空航天大学出版社，20103 刘乐善.微型计算机接口技术及应用M .武汉：华中理工大学出版社，20004 曹柏荣.单片机原理及应用技术M中国民航出版社.20035 张伟.单片机原理应用M机械工业出版社.20026 基于单片机控制的高精度多点温度检测显示系统 朱奕丹 自动化仪表 2011-08-207 基于 AT89C51 的多点温度检测系统 乐嘉华 炼油化工自动化 2010-08-208 温度检测技术及相关仪器的发展现状 陈至坤 河北理工大学学报 2011-11-259智能温度检测系统的设计 方景杰;陈华兵 中国西部科技 2009-06-2510基于单片机的温度检测系统硬件设

22、计 马丽丽; 高鑫 现代仪器 2012-05-1511AT89C51 单片机控制的多路温度检测系统 杨丽君 自动化与仪表 2006-05-0512基于热敏电阻的新型温度检测装置研究与实现 刘二林 自动化与仪器仪表 2010-03-2513集成温度传感器多点温度检测系统设计 刘智勇 仪表技术与传感器 2003-07-2514生产过程控制中温度检测仪表的选型策略 张伟军 2009-03-2515基于单片机的温度检测与显示 闫红来 科技视界 2014-02-05本科生课程设计（论文）15附录#include “reg51.h“#include “intrins.h“ /_nop_();延时函数#de

23、fine dm P0 /段码输出口#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P27; /温度输入口sbit w0=P20; /数码管4sbit w1=P21; /数码管3sbit w2=P22; /数码管2sbit w3=P23; /数码管1sbit beep1=P17; /蜂鸣器1和指示灯1sbit beep2=P14; /蜂鸣器2和指示灯2sbit set=P26; /温度设置切换键sbit add=P24; /温度加sbit dec=P25; /温度减int temp1=0; /显示当前温度和设置温度的标志位为

24、0 时显示当前温度uint h;uint temp;uchar r;uchar high=25,low=20;uchar sign;uchar q=0;uchar tt=0;uchar scale;/*温度小数部分用查表法*/uchar code ditab16=0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09;/小数断码表uchar code table_dm12=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x40;

25、/共阴LED 段码表“0“ “1“ “2“ “3“ “4“ “5“ “6“ “7“ “8“ “9“ “不亮“ “-“uchar table_dm1=0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef; /个位带小数点的断码表uchar data temp_data2=0x00,0x00; /读出温度暂放uchar data display5=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00; /显示单元数据，共4 个数据和一个运算暂用/*11us 延时函数*/void delay(uint t)for (;t0;t-);void scan()in

26、t j;for(j=0;j0;i-)DQ=1;_nop_();_nop_(); /从高拉倒低DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /5 usDQ=val /最低位移出delay(6); /66 usval=val/2; /右移1 位DQ=1;delay(1);/*读1 字节函数*/从总线上取1 个字节uchar read_byte(void)uchar i;uchar value=0;for(i=8;i0;i-)DQ=1;_nop_();_nop_();value=1;DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4 usD

27、Q=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4 usif(DQ)value|=0x80;delay(6); /66 usDQ=1;return(value);/*读出温度函数*/read_temp()ow_reset(); /总线复位delay(200);write_byte(0xcc); /发命令write_byte(0x44); /发转换命令ow_reset();delay(1);write_byte(0xcc); /发命令write_byte(0xbe);temp_data0=read_byte(); /读温度值的第字节temp_data1=read_by

28、te(); /读温度值的高字节temp=temp_data1;temp6348) / 温度值正负判断tem=65536-tem;n=1; / 负温度求补码,标志位置1display4=tem / 取小数部分的值display0=ditabdisplay4; / 存入小数部分显示值display4=tem4; / 取中间八位,即整数部分的值display3=display4/100; / 取百位数据暂存display1=display4%100; / 取后两位数据暂存display2=display1/10; / 取十位数据暂存display1=display1%10; /个位数据r=displ

29、ay1+display2*10+display3*100;/符号位显示判断/if(!display3)display3=0x0a; /最高位为0 时不显示if(!display2)display2=0x0a; /次高位为0 时不显示if(n)display3=0x0b; /负温度时最高位显示“-“void BEEP()if(r=highn=1;display3=horl/100;display3=display3display2=horl%100/10;display1=horl%10;display0=0;if(!display3)display3=0x0a; /最高位为0 时不显示if(!

30、display2)display2=0x0a; /次高位为0 时不显示if(n)display3=0x0b; /负温度时最高位显示“-“本科生课程设计（论文）21/*按键查询程序*/void keyscan()int temp1; /最高温度和最低温度标志位if(set=0)while(1)delay(500);/消抖if(set=0)temp1+;while(!set)scan();if(temp1=1)xianshi(high);scan();if(add=0)while(!add)scan();high+=1;if(dec=0)while(!dec)scan();high-=1;if(t

31、emp1=2)xianshi(low);if(add=0)while(!add)scan();low+=1;if(dec=0)while(!dec)scan();low-=1;scan();if(temp1=3)temp1=0;break;/*主函数*/void main()dm=0x00; /初始化端口w0=0;w1=0;w2=0;w3=0;for(h=0;h4;h+) /开机显示“0000“displayh=0;本科生课程设计（论文）23ow_reset(); /开机先转换一次write_byte(0xcc); /Skip ROMwrite_byte(0x44); /发转换命令for(h=0;h100;h+) /开机显示“0000“scan();while(1)if (temp1=0)work_temp(read_temp(); /处理温度数据BEEP();scan(); /显示温度值keyscan();elsekeyscan();/*结束*/