炉温控制系统的设计.docx

炉温控制系统的设计1设计要求分析设计制作和调试一个由工业控制机控制的温度测控系统。通过这个过程学习温度的采样方法，A/D变换方法以及数字滤波的方法。通过实践过程掌握温度的几种控制方法，了解利用计算机进行自动控制的系统结构。温度指标在60～80℃之间任选，偏差最大为1℃。要求设计者根据设计室提供的设备及设计要求，设计出实际电路组成一个完整的计算机温度测控系统。而且根据设备情况以及被控对象，选择1～2种合适的控制算法，编制程序框图和源程序，并进行实际操作和调试通过。通过对设计要求的分析，我决定用51单片机经行控制，用C语言编写程序。在温度传感器的选择上，开始准备使用热敏电阻，但是考虑到热敏电阻很不精确，而且抗干扰能力太弱，在实践中应用并不好，而且在仿真上也不容易实现，所以最后选择了集成温度传感器，这样省去了很多麻烦，最后通过PROTEUS仿真调试程序。以下为炉温控制系统的整体设计框图1-1。图1-1整体设计框图2硬件电路设计2.1温度检测显示模块采用DS18B20温度传感器。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出远端引入。此器件具有体积小、质量轻、线形度好、性能稳定等优点其各方面特性都满足此系统的设计要求。如图为ds18b20的封装引脚图。图2-1温度集成传感器的引脚图2.1.1 DS18B20工作时序根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：1. 每一次读写之前都必须要对DS18B20进行复位。2. 复位成功后发送一条ROM指令。3. 最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待15～60微秒左右后发出60～240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序。总线上的所有传输过程都是以初始化开始的，主机响应应答脉冲。应答脉冲使主机知道，总线上有从机设备，且准备就绪。主机输出低电平，保持低电平时间至少480us，以产生复位脉冲。接着主机释放总线，4.7KΩ上拉电阻将总线拉高，延时15～60us，并进入接受模式，以产生低电平应答脉冲，若为低电平，再延时480us。写时序包括写0时序和写1时序。所有写时序至少需要60us，且在2次独立的写时序之间至少需要1us的恢复时间，都是以总线拉低开始。写1时序，主机输出低电平，延时2us，然后释放总线，延时60us。写0时序，主机输出低电平，延时60us，然后释放总线，延时2us。总线器件仅在主机发出读时序是，才向主机传输数据，所以，在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时序，以便从机能够传输数据。所有读时序至少需要60us，且在2次独立的读时序之间至少需要1us的恢复时间。每个读时序都由主机发起，至少拉低总线1us。主机在读时序期间必须释放总线，并且在时序起始后的15us之内采样总线状态。主机输出低电平延时2us，然后主机转入输入模式延时12us，然后读取总线当前电平，然后延时50us。2.1.2集成温度传感器工作时序每一片DSl8B20在其ROM中都存有其唯一的48位序列号，在出厂前已写入片内ROM 中。主机在进入操作程序前必须用读ROM(33H)命令将该DSl8B20的序列号读出。程序可以先跳过ROM，启动所有DSl8B20进行温度变换，之后通过匹配ROM，再逐一地读回每个DSl8B20的温度数据。低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 ℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55 ℃所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。2.2温度检测模块硬件电路由于DS18B20的内部结构，本题采用如下的硬件电路，让控制线与单片机的P2.2相连。然后采用了7段共阴数码管扫描电路，节约了单片机的输出端口，