基于单片机的恒温控制器的设计.doc

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1、焦作大学机电系毕业设计 目录摘要随着越来越多高新科技的推广与普及,温度测控已成为工业生产中的关键技术之一。恒温控制主要是用来控制温度，它为农业研究、生物技术测试提供所需要的各种环境模拟条件，因此恒温控制技术有着很广泛的用途。恒温控制系统其关键技术为保持环境温度的恒定，本设计采用ATMEL公司的AT89C52单片机作为控制核心，通过编程控制LED八段数码管完成对温度的显示，采用DALLAS公司的DS18B20数字温度传感器来完成温度的采集，并和设定温度进行比较，根据比较的结果来控制加热电阻和风机的动作与否，从而完成从25到99范围内的恒温控制。关键词：恒温控制； AT89C52； DS18B20

2、；LED数码管AbstractAs more and more promotion and popularization of high technology, temperature measurement and control in industrial production has become one of the key. Temperature control is mainly used to control the temperature, it is for agricultural research, biotechnology testing to provide th

3、e required environmental simulation conditions, so temperature control technology has a very wide range of uses. Temperature control system to maintain its key technologies of constant ambient temperature, the design uses ATMEL Corporation AT89C52 microcontroller as the control core, eight out by pr

4、ogramming the control LED digital temperature display to complete, using the companys DS18B20 DALLAS digital temperature sensor to complete the temperature collection, and set the temperature and compare the results compared to control according to the heating resistor and the fan action or not, so

5、as to achieve the purpose of controlling the temperature from 25 to 99.Keywords: temperature controller; AT89C52; DS18B20; LED digital tube目 录第1章 引言 （ 1 ）第2章系统的基本构成及方案论证 ( 2 )21 系统的基本构成( 2 )22方案的论证 ( 2 )221控制核心的选择( 2 )222温度采集装置的选择( 3 )223显示模块的选择( 4 )224 加热模块及降温模块的选择( 4 )第3章 硬件电路设计( 7 )31 系统主要元器件简介 (

6、 7 )311 AT89C52单片机简介( 7 )312 DS18B20单线数字温度传感器简介( 9 )313 八段LED数码管 ( 9 )314 74HC138译码器 ( 10 )315 光电耦合器 OPTOTRIAC ( 11 )32 各功能模块的电路设计( 12 )321 复位电路及时钟电路的设计( 12 )322 键盘接口电路的设计( 13 )323 温度采集电路设计( 14 )324 数码管显示电路设计( 15 )325 加热电路的设计( 17 )326 降温电路的设计( 18 )327 掉电保护电路的设计( 18 )328 主电源电路的设计( 20 )第4章 系统软件设计 ( 21

7、 )41应用的相关软件 ( 21 )411Protel 99SE ( 21 )412 KEIL 8051 ( 22 )42 系统程序的设计 ( 23 )421 程序结构( 23 )422 主程序流程图( 23 )423 温度传感器驱动模块程序( 24 )第5章 系统调试( 27 )51系统性能测试及分析( 27 )51. 1测试系统的温度控制精度( 27 )51. 2 误差分析( 27 )51. 3 结果分析( 28 )52 软件调试( 28 )52 .1 传感器DS18B20温度采集部分调试( 28 )52 .2键盘及数码管显示部分调试 ( 28 )52 .3 加热模块及降温模块的调试( 2

8、8 )53 硬件调试( 29 )53 .1传感器DS18B20温度采集部分调试( 29 )53 .2加热模块及降温模块的调试( 29 )53 .3 键盘及数码管显示部分调试( 29 )总 结( 31 )参考文献 ( 32 )附录 ( 33 )附录 ( 34 )致谢 ( 42 )1焦作大学机电系毕业设计 第1章 引言第1章 引 言随着新技术的不断开发与应用，温度是工业控制中主要的被控参数之一，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。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得到了迅速的发展和广泛的应用。单片机具有处理能力强、运行速度快、功耗低等优点，应

9、用在温度测量与控制方面，控制简单方便，测量范围广，精度较高。单片机可用于空气温度控制系统的数据处理，这包括控制执行器的输出、将被测温度送到显示模块显示、接收从人机通道输入的信号等。 DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。本文设计了一种基于AT89C52单片机的控制和DS18B20测试装置，能对环境温度进行测量，并能根据温度给定值给出调节量，控制执

10、行机构，实现调节环境温度的目的。空气温度在我们的环境影响很大的，因而空气温度不论是对于我们的生活还是工业生产都有着重要的意义。在早期对温度温控制的要求主要是在化工、冶炼生产上，比如在大棚蔬菜空气温度控制就对大棚农业生产有不可替代的作用，现在随着新技术的不断开发与应用，用单片机和相关的电子器件构成的空气温控制系统在控制精度以及各项参数上有空前的提高，控制的领域也有很大的扩展，目前以单片机为核心的空气温控制系统得到了广泛应用。正因如此，对空气温度的控制到处可见，比如说特定温度实验室，空调，减少温室效应影响以及工业化农业的要求等都需要空气温度控制。在生产中，一些现代化生产车间里，尤其是在化工厂里，某

11、些产品加工需要在一定的温度下才能进行。随着电子技术的不断发展，温控制系统设计的方法越来越多也越来越完善。焦作大学机电系毕业设计 第2章 系统的基本构成及方案论证第2章 系统的基本构成及方案论证 2.1 系统的基本构成本设计的整体思路是：利用DS18B20温度传感器直接输出数字温度信号给单片机AT89C52进行处理,在六位LED数码管上显示当前环境温度值以及预设温度值。温度低于预设值启动加热电阻进行加热，若温度过高则启动风扇降温直到预设温度值停止。结构框图如下:AT89C52键盘电路晶振继电器直流电机（风扇）双向可控硅加热电阻温度显示温度采集（DS18B20）图2-1 系统构成框图2.2方案论证

12、2.2.1 控制方案的选择对于温度控制的方法也有很多：如单片机控制、PLC控制、模拟PID调节器和数字PID调节器等等。而PID调节器的算法复杂，其成本也相对较高。方案一：利用单片机实现恒温控制利用单片机实现温度恒定的控制，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、报警装置和系统核心STC89C52单片机作为微处理器。温度采集电路以数字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算法计算出实时控制量。以此控制量控制场效应管开通和关断，决定加热电路的工作状态，使温度逐步稳定于用户设定的目标值。在温度达到设定的目标温度后，由

13、于冷却温度降低，单片机通过检测到的温度与设置的目标温度比较，作出相应的控制开启加热片。方案二：利用PLC实现恒温控制 这用恒温控制，采用PLC控制实现电热丝加热全通、间断导通和全断加热的自控式方式，来达到温度的恒定。智能型电偶温度表将置于被测对象中，热电偶的传感器信号与恒定温度的给定电压进行比较，生成温差，自适应恒温控制电路根据差值大小控制电路的断开。对于方案二，采用的PLC实现恒温控制，由于其PLC成本高，且PLC外围系统配置复杂，不利于我们的设计。由于数字调节和运算量大，相反对于STC89C52单片机只要选择合适的参数对于温度的控制精度往往能达到比较好的效果。对于方案一，采用单片机实现恒温

14、控制，该方案成本低，可靠性高，抗干扰性强，对于系统动态性能与稳定性要求不是很高的场合时非常合适的。采用高精度的温度传感器：数字温度传感器DS18B20。这种数字温度传感器是DALLAS公司生产的单总线。相比之下，单片机控温电路就比较简单。综合各方面的意见，本设计采用AT89C52单片机来实现温度的控制。2.2.2 温度采集装置的选择温度传感器可由以下两种方案可供选择：方案一：选用热敏电阻作为感测温度的核心元件，通过运算放大器放大由于温度变化引起热敏电阻的变化、进而导致的输出电压变化的微弱电压变化信号，再用AD转换芯片ADC0809将模拟信号转化为数字信号输入单片机处理。方案二：采用数字式集成温

15、度传感器DS18B20作为感测温度的核心元件，直接输出数字温度信号给单片机处理。对于方案一，采用热敏电阻有价格便宜，元件易购的优点，但热敏电阻对温度的细微变化不敏感，在信号采集、放大、转换过程中还会产生失真和误差，并且由于热敏电阻的R-T关系的非线性，其本身电阻对温度的变化存在较大误差，虽然可以通过一定电路予以纠正，但不仅将使电路复杂程度降低，而且在人体所处环境温度变化过程中难以检测到小的温度变化。不能达到恒温箱对温度的控制要求，故该方案不适合本系统。对于方案二，由于数字式集成温度传感器DS18B20的高度集成化，大大降低了外接放大转化等电路的误差因数，温度误差很小，并且由于其感测温度的原理与

16、上述方案的原理有着本质的不同，使得其温度分辨力极高。温度值在器件内部转化成数字量直接输出，简化了系统程序设计，又由于改传感器采用先进的单总线技术，与单片机的接口变得非常简洁，抗干扰能力高。所以本系统采用方案二。2.2.3 显示模块的选择方案一：采用六位共阳数码管显示温度，动态扫描显示方式。方案二：采用液晶显示屏LCD显示温度。对于方案一，该方案成本低廉，显示温度明确醒目，在夜间也能看见，功耗极低，显示驱动程序的编写也相对简单，这种显示方式得到广泛应用。不足的地方是扫描显示方式是使六个LED逐个点亮，因此会有闪烁，但是人眼的视觉暂留时间为20MS，当数码管扫描周期小于这个时间时人眼会感觉不到闪烁

17、，因此可以通过增大扫描频率来消除闪烁感。对于方案二，液晶体显示屏具有显示字符优美，不但能显示数字还能显示字符甚至图形的优点，这是LED数码管无法比拟的。但是液晶显示模板块价格昂贵，驱动程序复杂，从简单实用的原则考虑，本系统采用方案一。2.2.4 加热模块及降温模块的选择方案一：采用了几个电阻分压的方式来给加热电路提供不同电压，使用电子负载电路进行加热，控制电子输入端的电压控制加热的速度。当设置温度大于实际温度5度时，换取1v电压加热，当设置温度小于实际温度5度时，换取0.5v电压加热，当设置温度等于空气温度，关闭加热，换取0v电压加热。当温度高于1度时进行降温处理，在设计制作过程中，我们使用了

18、一个5v驱动的散热风扇，当实际温度高于设置温度1度时用于散热，当温度低于设定温度1度时，开启加热设备，关闭风扇。如图2-2 所示图2-2 电阻分压式加热电路方案二：采用脉冲宽度调制的方法，利用光耦合器来控制电阻丝和直流电机的电流通断。单片机系统输出控温信号，输出高电平时，经反相器变为0信号，使双向可控硅导通，信号灯亮，电阻丝通电加热；输出低电平时，双向可控硅断开，信号灯灭，电阻丝断电。脉冲宽度T1与周期T的比值为P，它反映了系统的输出空置量P=95%为输出上限，P=5%为输出下限。加热电路原理图参见图 3-10 ，单片机I/O口P0.6输出信号经过光电耦合器，通过这种方式控制双向可控硅的门极，

19、从而控制电阻丝的平均加热功率，达到精确加热的目的。降温模块采用采用直流电机作为降温装置，通过控制继电器的吸合与断开，来控制直流电机的通断，从而达到散热降温的目的。当环境温度超过预设温度开启降温风扇，当环境温度低于预设温度5度以上通过脉宽调制采用大功率加热（即设定P值为95%），当环境温度低于预设温度1度时，采用小功率加热（即设定P值为5%）。对于方案一，采用继电器控制，使用继电器可以通过较高的电压和电流，在正常条件下，工作十分可靠。继电器无需外加光耦，自身即可实现电气隔离。通过单片机控制继电器开关来确定输入电子负载端的电压和风扇的开关，虽然在第一次加热的余温很高但是在多次风扇与功率电阻加热与降

20、温的协调下达到恒温的要求，在程序上选用适当的控制算法，可以达到设计指标的效果。但是由于电路设计过于复杂，且通讯端口占用较多、成本较高。对于方案二，采用PWM脉宽调制的方法，通过控制光耦合器的通断时间的不同来进行加热，从而达到精确控温的效果，加热和降温电路只占用2个I/O口，这样不仅简化了输出通道电路，提高了电路抗干扰能力，而且成本比较低。所以本系统采用方案二作为温度控制方案。6焦作大学机电系毕业设计 第3章 系统硬件电路设计第3章 硬件电路设计本系统主要部件包括AT89C52单片机、DS18B20温度传感器、四位LED数码管、直流电机、光电耦合器、发热电阻丝。辅助元件包括电阻、晶振、电源、按键

21、、拨码开关等。3.1 系统主要元器件简介3.1.1 AT89C52单片机简介图3-1 AT89C52单片机实物及引脚示意图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。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/地址的第八位。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

22、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

23、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）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：各口管脚 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

24、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脚两个机器周期以上的高电平时间。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。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

25、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保持低电平时，则在此期间外部程序存储（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。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，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。3.1.2 DS18B20单线数字温度传感器简介DS18B20 温度传感是由DALLAS（达拉斯）公司生产，见图32 。它的体积超小，硬件开消低，抗干扰能力强，精度高。

26、DS18B20 的主要特征： 全数字温度转换及输出， 先进的单总线数据通信， 最高 12 位分辨率，精度可达土 0.5摄氏度， 2 位分辨率时的最大工作周期为 750 毫秒， 可选择寄生工作方式， 检测温度范围为55C +125C (67F +257F) 内置 EEPROM，限温报警功能， 64 位光刻 ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。 多样封装形式，适应不同硬件系统。DS18B20内部结构主要由4部分：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。其管脚有三个端，其中DQ为数字信号端，GND为电源地，VDD为电源输入端。图3-2 温度传感器封装形式及引脚说明3

27、.1.3 八段LED数码管本系统选用六位LED数码管作为温度显示。LED又称为数码管，它主要由8段发光二极管组成的不同组合，可以显示ag为数字和字符显示段，dp段为小数点显示，通过ag为7个发光段的不同组合，可以显示09和AF共16个数字和字母。LED可以分为共阴极和共阳极两种结构，如图3-3 (a)和图3-3(b) 所示。共阴极结构即把8个发光二极管阴极连在一起。这种装入数码管中显示字形的数据称字形码，又称段选码。图3-3 LED数码管结构图显示字符共阴极段码共阳极段码显示字符共阴极段码共阳极段码03fHC0H87fH80H106HF9H96fH90H25bHA4HA77H88H34fHB0

28、HB7fH83H466H99HC39HC6H56dH92HD3fHA1H67dH82HE79H86H707HF8HF71H8EH表3.1 七段LED的段选码表一个共阴极数码管经反相器后接至单片机的电路，要想显示数字“7”须a、b、c这3个显示段发光 （即这3个字段为底电平）只要在P1接口输入11111000（07）即可。里07即为数字7的段选码。字形与段选码的关系见表3.1所示。3.1.4 74HC138译码器74HC138是一款高速CMOS器件，74HC138引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。如图3-4 所示， 74HC138译码器可接受3位二进制加权地址输入（A0, A1和A2

29、），并当使能时，提供8个互斥的低有效输出（Y0至Y7）。74HC138特有3个使能输入端：两个低有效（E1和E2）和一个高有效（E3）。除非E1和E2置低且E3置高，否则74HC138将保持所有输出为高。利用这种复合使能特性，仅需4片74HC138芯片和1个反相器，即可轻松实现并行扩展，组合成为一个1-32（5线到32线）译码器。任选一个低有效使能输入端作为数据输入，而把其余的使能输入端作为选通端，则74HC138亦可充当一个8输出多路分配器，未使用的使能输入端必须保持绑定在各自合适的高有效或低有效状态。 74HC138其特性是复合使能输入，轻松实现扩展 兼容JEDEC标准no.7A 存储器芯

30、片译码选择的理想选择 低有效互斥输出 ESD保护 HBMEIA/JESD22-A114-C超过2000 V MM EIA/JESD22-A115-A超过200 V 温度范围 -40+85 -40+125 多路分配功能。图3- 74HC138封装图3-4 74HC138译码器3.1.5 光电耦合器 OPTOTRIAC光耦合器（optical coupler,英文缩写为OC）亦称光电隔离器或光电耦合器,简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件,通常把发光器（红外线发光二极管LED）与 受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线,受光器接受光线之后就产生光电流,从输出

31、端流出,从而实现了“电光电” 转换。以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器,由于它具有体积小、寿命长、无触点,抗干扰能力强,输出和输入之间绝缘,单向传输信号等优点,在 数字电路上获得广泛的应用。本系统采用OPTOTRIAC型号光电耦合器（见图3-5），该光耦合器的主要优点是单向传输信号,输入端与输出端完全实现了电气隔离,抗干扰能力强,使用寿命长,传输效率高。它广泛用于电平转换、信号隔离、级间隔离、开关电路、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器 (SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。图3-5 光电耦合器 OPTOTRIAC3.2 各功能模块的电路设计 3.2.1 复位电路及时钟电路

32、的设计本系统采用按键复位电路，该电路除了具有上电复位功能以外，若要复位，只需按图3-6中RESET键，此时电源VCC经电阻R1、R2分压，在RST端产生一个复位高电平，即可完成复位。时钟电路对单片机系统而言是必需的。由于单片机内部是由各种各样的数字逻辑器件(如触发器寄存器存储器等)构成，这些数字器件的工作必须按时间顺序完成，这种时间顺序就称为时序。时钟电路就是提供单片机内部各种操作的时间基准的电路，没有时钟电路单片机就无法工作。此次设计中，我们采用由内部方式产生时钟的方法形成时钟电路，由 11.0592MHz的晶振，两个33pF的电容构成。图3-6 复位电路及时钟电路 3.2.2 键盘接口电路

33、的设计键盘采用5个独立按键，见图3-7，K1，K2，K3，OK,SET分别与单片机的P0.0、 P0.1和P0.2、P0.3、INT0口及10K上拉电阻相连，另一端接地，当任一按键按下时，取低电平有效。系统上电后，按下SET(设置键)使系统产生中断，调用中断服务程序，进入键盘扫描子程序，以查询的方式确定各按键，完成温度初值的设定。其中按K1键为温度的十位设置键，每按下一次，系统对最初设定值十位加一，直到9后，又会从0开始累加；按键K2为温度的个位设置键，用法与十位设定按键相同；K3键为温度小数位设置键，用法与十位设置键相同；OK为确定键，当预设温度设定后按OK键确认，系统进入温度控制状态。图3

34、-7 键盘接口电路3.2.3 温度采集电路设计DS18B20测量温度采用了特有的温度测量技术，其测量电路如下图所示。它是通过计数时钟周期来实现的。低温系数振荡器输出的时钟信号通过由高温度系数振荡产生的门周期而被计数，计数器补预置在与-55相对应的一个基权值。如果计数器在高温度系数振荡周期结束前计数到零，表示测量的温度值高于-55，被预置在-55的温度寄存器的值就增加1，然后重复这个过程，直到高温度系数振荡周期结束为止。这时温度寄存器中的值就是被测温度值，这个值以16位形式存放在便笺式存储器中，此温度值可由主机通过发存储器读命令而读出，读取时低位在前，高位在后。斜率累加器用于补偿温度振荡器的抛物

35、线特性。DS18B20在使用时，一般都采用单片机来实现数据采集。只须将DS18B20信号线与单片机1位I/O线相连，且单片机的1位I/O线可挂接多个DS18B20，就可实现单点或多点温度检测。在本系统中中将DS18B20接在P3.5口实现温度的采集。其与单片机的连接如图3-8。图3-8 温度采集电路3.2.4 数码管显示电路设计由于本系统实现25.099.9范围内的温度的控制，所以选用6位共阳极数码管作为显示模块，1、2、3位数码管为环境温度，4、5、6位为预设温度，它和单片机硬件的接口电如图3-5所示。图3-9 显示模块电路数码管的A、B、C、D、E、F、G和DP分别与单片机的P2.0P2.

36、7相连。而四位数码管的位则通过74HC138译码器来选通。74HC138是一个3-8译码器。74HC138的A、B、C与单片机的P1.5、P1.6、P1.7相连通，我们可以通过程序控制P1.5、P1.6、P1.7的输出进而控制3-8译码器的输出，从而达到选位的目的。其选通情况如表3.2.。P1.7 P1.6 P1.5C B A选位情况0 0 00 0 0Y0输出高电平即第1位被选中0 0 10 0 1Y1输出高电平即第2位被选中0 1 00 1 0Y2输出高电平即第3位被选中0 1 10 1 1Y3输出高电平即第4位被选中1 0 01 0 0Y3输出高电平即第5位被选中1 0 11 0 1Y3

37、输出高电平即第6位被选中表3.2 数码管选位情况表本设计中为了的四位数码管，前三位（即第1、2、3位）设计为显示温度传感器所采集到的环境温度，后三位（第4、5、6位）设计为所设定的温度，即我们所要达到的温度显示。3.2.5 加热电路的设计 本设计采用交流电源对电阻进行加热，另外采用光电隔离开关来控制加热电阻的加热与否，能够有效的进行电源的隔离，增大了电路的抗干扰能力。考虑到加热系统有较大的热惯性，本系统采用脉冲宽度调制的方法，单片机系统输出控温信号，输出高电平时，经反相器变为0信号，使双向可控硅导通，信号灯亮，电阻丝通电加热；输出低电平时，双向可控硅断开，信号灯灭，电阻丝断电。脉冲宽度T1与周

38、期T的比值为P，它反映了系统的输出空置量P=95%为输出上限，P=5%为输出下限。加热电路原理图如图3-10所示，单片机I/O口P0.6输出信号经过光电耦合器，通过这种方式控制双向可控硅的门极，从而控制电阻丝的平均加热功率，这样简化了输出通道电路，提高了电路抗干扰能力。另外在系统比较人性化设计的就是电阻加热过程中加热信号指示灯会点亮，系统告知是在加热过程中。图3-10 加热电路3.2.6 降温电路的设计 由图3-11可以知道本设计是由一个继电器来控制降温风扇的，我们采用的是HRS1H型号的5V继电器，通过单片机I/O口P0.7输出信号来控制导通与否，而由于单片机的输出电流小的原因，需要一个驱动

39、电路来实现控制继电器的导通，由于采用NPN电路需要加上拉电阻且存在上位5V的原因容易烧坏三极管，于是我们采用PNP8085的三极管作为继电器的驱动电路。当温度图中CON2接降温风扇。图3-11 降温电路3.2.7 掉电保护电路的设计 单片机在工作时，因某种原因造成突然掉电，将会丢失数据存储器（RAM）里的数据，冲掉前期工作的所有信息。为了在突然掉电时能够保持数据存储器的数据，保证单片机系统稳定、可靠地工作，数据信息处理的安全，虽然单片机主电源里又大容量滤波电容器，当掉电时，单片机靠贮存在电容里的能量，一般只能维持半个周期（10ms）左右。为此，要求一旦市电发生瞬间断电时，必须要有一种电源能在小

40、于10ms的时间内重新送电，确保单片机系统正常运行。为了保证单片机在主电压失去时仍然能够保持运行，人们就利用干电池对单片机系统继续进行供电。本设计采用能够充放电的电池作为备用电源，在主电源正常供电时，需要由主电源对其进行充电；当主电源失去时，又由电池放电以保持单片机系统的运行。图3-12 为本系统的掉电保护电路。图3-12 掉电保护电路当主电源正常时，单片机由VCC 5V电源供电，此时，VCC5V 电源通过 D1 和 R1 ，对保护用电池进行充电，以保证电池电量的充足。当主电源失去时，放电路径为：电池通过 R1+R2 ，对单片机供电端口进行供电，供电电流通过 R1+R2 之后，会有压降，到达单

41、片机的 VCC 端口时，电压就会比 3.6 V低，一般会在 2V2.5 V左右，令单片机仍然工作于正常供电状态。3.2.8 主电源电路的设计 本系统的直流稳压电源采用通常的桥式全波整流、电容滤波、三端固定输出的集成稳压器件进行设计，并且所有的集成稳压芯片均装有充分裕量的散热片。220V交流电经过变压器、桥式全波整流、电容滤波、三端固定输出的集成稳压器件之后输出5V直流电压，系统的供电电源电路如图3-13 所示。图3-13 主电源电路 20焦作大学机电系毕业设计 第4章 系统软件设计第4章 系统软件设计4.1 应用的相关软件4.1.1 Protel 99SEProtel 99SE是Prokl Technology公司开发的基于Windows环境下的电路板设计软件。该软件功能强大，人机界面友好，易学易用，仍然