电加热炉温度控制系统设计

湖南理工学院南湖学院

课程设计

题目：电加热炉温度控制系统设计专业:机械电子工程

组名：第三组

班级：机电班

组成员:彭江林、谢超、薛文熙

目录

1 意义与要求 (2)

1.1 实际意义 (2)

1.2 技术要求 (2)

2 设计内容及步骤 (2)

2.1 方案设计 (2)

2.2 详细设计 (3)

2.2.1 主要硬件介绍 (3)

2.2.2 电路设计方法 (4)

2.2.3 绘制流程图 (7)

2.2.4 程序设计 (8)

2.3 调试和仿真 (8)

3 结果分析 (9)

4 课程设计心得体会 (10)

参考文献 (10)

附录............................................................ 10-27

1 意义与要求

1.1 实际意义

在现实生活当中，很多场合需要对温度进行智能控制，日常生活中最常见的要算空调和冰箱了，他们都能根据环境实时情况，结合人为的设定，对温度进行智能控制。工业生产中的电加热炉温度监控系统和培养基的温度监控系统都是计算机控制系统的典型应用。通过这次课程设计，我们将自己动手设计一个小型的计算机控制系统，目的在于将理论结合实践以加深我们对课本知识的理解。

1.2 技术要求

要求利用所学过的知识设计一个温度控制系统，并用软件仿真。功能要求如下：

（1）能够利用温度传感器检测环境中的实时温度；

（2）能对所要求的温度进行设定；

（3）将传感器检测到得实时温度与设定值相比较，当环境中的温度高于或低于所设定的温度时，系统会自动做出相应的动作来改变这一状况，使系统温度始终保持在设定的温度值。

2 设计内容及步骤

2.1 方案设计

要想达到技术要求的内容，少不了以下几种器件：单片机、温度传感器、LCD显示屏、直流电动机等。其中单片机用作主控制器，控制其他器件的工作和处理数据；温度传感器用来检测环境中的实时温度，并将检测值送到单片机中进行数值对比；LCD显示屏用来显示温度、时间的数字值；直流电动机用来表示电加热炉的工作情况，转动表示电加热炉通电加热，停止转动表示电加热炉断

电停止加热。

整体思路是这样的：首先我们通过按键设定所需要的温度值，然后利用温度传感器检测电加热炉的实时加热温度，并送至单片机与设定值进行比较。若检测值小于设定值，则无任何动作，电加热炉继续导通加热；若检测值大于设定值，则单片机控制光电耦合器导通，继电器动作，电加热炉断电停止加热。一旦炉温低于设定值，单片机又控制光电耦合器断开，继电器开关分离，电加热炉开始导通加热。这个过程中所设定的温度值和传感器检测到得温度值都要在LCD显示屏上显示出来，以方便操作人员观察。另外，还可以加上时钟模块，以方便计时。

这个设计思路相对比较简单，利用所学过的知识容易实现，加上光电耦合器用于隔离强电和弱电，比较安全，正好符合我们自动化专业用弱电控制强电的目的，正所谓学以致用。

2.2 详细设计

2.2.1 主要硬件介绍

1．单片机

这里选用AT89C51单片机作为控制系统的处理器。AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器。

2．温度传感器

温度传感器有很多种型号，这里我选用DS18B20温度传感器。数字温度传感器DS18B20具有独特的单总线接口方式，支持多节点，使分布式温度传感器设计大为简化。测温时无需任何外围原件，可以通过数据线直接供电，具有超低功耗工作方式。测温范围为-55到+125摄氏度，可直接将温度转换值以16位二进制数字码的方式串行输出，因此特别适合单线多点温度测量系统。由于传输的是串行数据，可以不需要放大器和A/D转换器，因而这种测温方式大大提高了各种温度测控系统的可靠性，降低了成本，缩小了体积。

3．开关器件

由于单片机与电动机之间需要用开关器件连接，并且前者用弱电控制，

后者由强电控制，这就尤其需要注意安全问题。于是我想到了在课本中学过的高性能安全开关器件光电耦合器。光电耦合器是由一个发光器件和和一个光电转换器件组成，这里所用的光电耦合器OPTOCOUPLER-NPN是由一个发光二极管和一个光敏晶体管所组成。当发光二极管发光，就会使得光敏晶体管导通，继电器通电动作，将开关吸合，电动机回路断开。

2.2.2 电路设计方法

1．显示部分电路

显示电路截图如下图所示。

图2.1 显示部分电路图

这里我选用LCDLM016L液晶显示屏作为系统的显示器件，如图所示，LCDLM016L采用标准的16脚接口，仿真时隐藏了背光正极和背光负极两个引脚。它通过D0-D78位数据端来与单片机进行数据和指令传输，这里我们将它与单片机的P0口连接。

在显示屏上显示的内容包括设定的温度值SET、传感器检测到的环境温度SA以及时钟，这个时钟是可以调整的，这样方便工作人员在对系统进行操作时有一个时间概念。

2．温度检测电路

温度传感器与单片机的连接情况如下图所示。

图2.2 温度检测电路图

温度传感器18B20将检测到的环境实时温度进行A/D转换和放大，然后串行送入单片机P1.7口，便于单片机将此数值与设定的温度值进行比较，然后先做出相应反应。在仿真时，我们只能通过按18B20上的加减按钮来调节实时温度，是一个模拟的过程。

3．键盘电路

键盘电路如下图所示。

图2.3 键盘电路图

这里减排设计得比较简单，“MS”键是切换调整对象的，调整对象包括时、分、温度设定值三项，“+”键是向上加调整对象的值，“—”键是向下减调整对象的值，“ON/OFF”键是打开和关闭系统自动调节功能的开关键。

4．电气开关及工作电路