毕业论文 电加热炉温度控制系统的设计(4)

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第4章 系统硬件设计

4.1 系统概况

本系统是采用以AT89C51单片机为核心的温度控制系统，通过温度传感器采样实时温度，并通过变送器将温度最终转换为电压信号通过A/D转换器0808将其转换为数字信号，送入单片机与给定值进行比较，通过运用PID算法得出控制结果，送显示并进行控制。

总体设计方案见如图4-1所示。 看门狗看门 狗 键盘 微型控制机 8路A/D转换器ADC0809 8路D/A转换器测量测量变送变送 温度检测PT100 温度 LED显示 驱动执行机构 加热电阻 通信接口 AT89C51 DAC0832 报警提醒 图4-1 系统设计方案图

4.2 功能模块

4.2.1 单片机控制模块

A/T89C51是整个系统的控制核心，将采集来的数据与设定值进行比较，利用PID算法得出结果并送输出。整个控制系统的程序就下载到单片机中去。

A/T89C51仿真图如图4-2所示。

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图4-2 单片机仿真

4.2.2 数据转换与采集模块A/D0808

AD0808是CMOS的8位模/数转换器，采用逐次逼近原理进行A/D转换，芯片内有模拟多路转换开关和A/D转换两大部分，可对8路0～5V的输入模拟电压信号分时进行转换。模拟多路开关由8路模拟开关和3位地址锁存译码器组成，可选通8路模拟输入中的任何一路，地址锁存信号ALE将3位地址信号ADDA、ADDB、ADDC进行锁存，然后由译码电路选通其中的一路，被选中的通道进行A/D转换。A/D转换部分包括比较器、逐次逼近寄存器（SAR）、256R电阻网络、树状电子开关、控制与时序电路等。另外ADC0809输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接连到CPU数据总线上。

实时温度经过传感器的检测并通过变送器将其转换成模拟的电压信号，而A/D0808则用来采集电压信号并将其转换为数字信号存储在单片机中，以便后续对数据的处理。

其硬件仿真图如图4-3所示。

图4-3 A/D0808仿真图

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4.2.3 按键选择模块

系统采用了两个按键用来进行温度的设定，一个进行温度加，一个进行温度减。每按下一次，温度就相应的加一或减一。按照设计要求，温度的设定范围为50-150度，其仿真如图4-4所示。

图4-4 按键示意图

4.2.4 显示模块

显示模块采用两个7段共阴极数码管，一个用来显示实时温度，一个用来显示设定温度。并用74LS04来驱动数码管。

其仿真图如图4-5所示。

图4-5 显示示意图

4.2.5 报警模块

当实时温度高于或低于设定温度5度以上时，系统就会报警，报警指示灯红灯亮。 如图4-6所示。

图4-6 报警示意图

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4.2.6 输出模块

经过数据的运算，单片机通过P3.4口的高低电平来控制加热系统的通断，通过导通时间的长短来控制加热的强度，以达到精确控制的效果。当温度在设定温度的正负5度之内时，系统进行PID运算控制；当高于设定温度5度时，停止加热；当低于设定温度5度时，全功率加热。由于仿真软件自身条件的原因，使用绿色的LED灯代替，当绿灯亮时，表示正在加热，不亮时，停止加热。仿真图如4-7所示。

图4-7 加热示意图

4.3 总体方案的实现和元器件清单

4.3.1系统的整体设计

系统的整体设计图如图4-8所示。

图4-8 系统设计方案图

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其中：

1．单片机采用的是MCS-51系列的89C51，其集成了中央处理器CPU、随机存储器RAM、程序存储器ROM或EPROM、定时器/计数器、中断控制器及串型和并行I/O接口等部件。

单片机主要应用于工业控制领域，用来实现对信号的检测、数据的采集以及对应用对象的控制。它具有体积小、重量轻、价格低、可靠性高、耗电少和灵活机动等许多优点。单片机是微型计算机的一个重要分支，特别适合用于智能控制系统。

2．实时的温度测量由于条件的限制直接用模拟电压来代替传感器及变送器，用0808来采样和转换温度。

4.3.2元器件清单

系统所需的元器件清单如表4-1所示。

表4-1 系统配置清单表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

部件名称 AT89C51 A/D0808 7SEG-MPX4-CC BUTTON LED-GREEN LED-RED 74LS373 RESPACK-8 74LS04 NOT NOR POT-HG 电容 CLOCK CRYSTAL 电阻 INPUT GROUND VSOURCE 所属类 Microprocessor ICs Data Converters Optoelectronics Switches&Relays Optoelectronics Optoelectronics TTL 74LS series Resistors TTL 74LS series Simulator Primitives Simulator Primitives Resistors Capacitors Simulator Primitives Miscellaneous Resistors 终端 终端 Simulator Primitives 数量 1 1 2 3 1 1 1 1 8 1 2 1 2 2 1 1 4 7 1 4.4 小结

系统硬件是设计的基础，在设计软件程序之前，要对系统的结构有个深入的了解，本

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