智能烘箱温度控制器设计_毕业论文(编辑修改稿)

智能烘箱温度控制器设计_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

PT100 的技术参数可以满足本次毕设的要求。 因此采用了 以铂热电阻温度传感器 PT100 作为烘箱环境温度变化的敏感元件，由含铂热电阻 PT100 为桥臂的电桥将 PT100 电阻值的变化转换成电压信号变换、再经集成运放 7650 放大成 0 ～ 5V的电压信号，进入 A/D 转换器的方案。 其电路原理图如图。 图 温度转换及放大电路 南昌航空大学科技学院 2020 届学士学位论文 13 ： 图 温度转换电路 这部分电路完成 PT100 的电阻到电压的转换。 根据（ ）可以得到设计温度要求范围内的 PT100 的电阻阻值。 在电桥中上两桥 臂用了 10KΩ的电阻，下臂分别用 100Ω的电阻和 PT100，且 R3 调到等于 100Ω（ 0℃时 PT100的阻值），可以保证流过 PT100 的电流适中。 设电桥输出电压为 0U ， R PT100两端电压计作 1U 和 2U ，电源电压 VUs 12。 则有： 210 UUU  （ ） sURR RU 31 31 又 （ ） st t URR RU 22  （ ） stt URR RRR RU  231 30 （ ） 根据（ ）得：   st URR bTaTRRR RU    2203130 1 （ ） 即可得到 0℃ ～ 850℃内任意温度点的电桥输出电压。 南昌航空大学科技学院 2020 届学士学位论文 14 ： 图 这部分电路主要完成对前级电桥输出电压的放大和滤波。 为使最终输出 0～5V的电压信号，放大电路的增益 uA 应为 24，且应采用正相放大电路。 R7 和电位器 R8 够成反馈支路， R C3是滤波电路。 取 R7=10KΩ、 R6 调节到适当的电阻值。 665R RRAu  （ ） 156  uARR （ ） 故有  KR ，所以选 2KΩ的电位器作 R6。 A/D 转换电路设计 A/D 转换是决定测量精度和稳定性的重要一环，温度信号由 LM35温度传感器组成的电路传导测量，经传输放大后由模数转换器转换为数字量， 由单片机进行采集，用于温度控制。 因为系统只有一路模拟输入，故采用了 ADC0804 作为 A/D 转换器。 它是一种一路模拟输入、 8 位数字输出的 A/D 转换器。 A/D 芯片介绍 ADC0804 是用 CMOS 集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片。 分辨率 8 位，转换时间 100 μs ，输入电压范围为 0～ 5V，增加某些外部电路后，输入模拟电压可为 5V。 该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输南昌航空大学科技学院 2020 届学士学位论文 15 出可以直接连接在 CPU 数据总线上，无须附加逻辑接口电路。 ADC0804芯片外引脚图如图 所示： Vin+～ Vin是 ADC0804 的两模拟信号输出端，用以接受单极性、双极性和差摸输入信号。 D7~D0： A/D 转换器数据输出端，该输出端具有三态特性，能与微机总线相接。 在使用 ADC0804 进行模数转换时，应注意以下问题： 参考电压的调节。 在使用 A/D 转换器时，为保证其转换精度，要求输入电压满量程使用。 如输入电压动态范围较小，则可调节参考电压，以保证小信号输入时 ADC0804 芯片 8 位的转换精度。 接地。 模数、数模转换电路中要特别注意到地 线的正确连接，否则干扰很严重，以至影响转换结果的准确性。 A/D、 D/A 及取样保持芯片上都提供了独立的模拟地（ AGND）和数字地（ DGND）的引脚。 在线路设计中，必须将所有的器件的模拟地和数字地分别连接，然后将模拟地与数字地仅在一点上相连。 图 为AD 转换的电路设计图。 南昌航空大学科技学院 2020 届学士学位论文 16 图 A/D转换电路 其中： Vin(+)为模拟电压输入端； AGND 为模拟地，作为输入模拟电压和基准电压基地端的接地参考点。 VREF 为基准电压输入端，接 5V参考电压。 WR 和 RD 接89C52 的读写端。 在执行程序查询时 ADC0804 在数据采集系统中的工作过程：采集数据时，首先微处理器执行一条传送指令，在该指令执行过程中，微处理器在控制总线的同时产生 CS,WR 低电平信号，启动 A/D 转换器工作 , ADC0804经 100us 后将输入模拟信号转换为数字信号存于输出锁存器，并在等待转换结束后，通知微处理器可来取数。 微处理器立即执行输入指令，以产生 CS， RD 低电平信号到ADC0804 相应引脚，将数据取出并存入存储器中。 整个数据采集 过程中，由微处理器有序的执行若干指令完成。 键盘、显示接口电路 LED显示接口电路 本系统采用的是 LED 数码管显示显示接口是智能化仪器仪表中人机接口的一个重要组成部分，一方面通过显示器监视参数输入的状态，另一方面，通过显示器显示仪器仪表测量和控制的结果和运行的状态。 目前常用的显示器有 LED显示器， LCD 显示器，平面等离子显示器， CRT 显示器等， LED 显示器由于其体积小，驱动方便，亮度大，寿命长而得到广泛应用，而 LCD 由于其所需功率甚低，在一些便携式仪器中得到广泛应用，另外点阵式 LCD，由 于它能方便地显示各种图形和符号，因此，越来越多的复杂仪器也开始采用这一显示技术。 南昌航空大学科技学院 2020 届学士学位论文 17 LED显示器结构 LED 显示器是由发光二极管显示字段组成的显示器，有 7 段和“米”字段之分，这种显示器有共阳极和共阴极两种。 如图七所示，共阴极 LED 显示器的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，相应的段就被点亮，同样，共阳极 LED 显示器的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压，当某发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。 图 7 段 LED 显示器引脚及原理图 共阴极和共阳极 LED 数码管的几何尺寸和字形是相同的，使用时要加以注意，另外，每一种 LED又有不同的发光颜色，如 :红、绿、黄、橙等。 一般地，发红光的 LED，每段流过 5mA 的平均电流，就可以有较满意的亮度， 7mA 电流会更亮些， 10mA 以上也不会再亮多少，但长期运行于 10mA 以上会缩短其寿命，最大电流平均值不得超过 30mA， LED 显示器允许的反向电压最大值为 5V，此时的反向电流一般小于 10uA，小尺寸的 LED 显示器每段只有一个发光二极管，其正向压降约为 ，一般最大不大于 2V，大尺寸的 LED 显示器每段可能由数个发光二极管串联，每段压降也要增大。 七段 LED数码管的字高有 、 、 、 、 、 和 等几种。 显示电路方案比较 方案一： 采用 74LS164 芯片驱动 在本次设计中，用单片机的串行口来外接 3片 74LS164 作为 6位 LED 显示器南昌航空大学科技学院 2020 届学士学位论文 18 的静态显示接口，把单片机的 RXD 作为数据输出线， TXD 作为移位时钟脉冲。 所谓静态显示，就是每一 个显示器都要占用单独的具有锁存功能的 I/O 接口用于笔划段字形代码。 这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路就可以了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码。 使用这种方法，占用 CPU 的内部资源少，控制程序简单，但占用较多的硬件资源。 故本次设计采用可提供单独锁存的 I/O 接口电路的串并转换电路 74LS164。 其电路原理图如图 所示。 图 164 显示电路 74LS164 为 TTL 单向 8位移位寄存器，可实现串行输入、并行输出的功能。 它的 A、 B（第 2 脚 ）为串行数据输入端， 2 个引脚按－逻辑与运算规律输入信号，公用一个输入信号时可并接。 T（第 8 脚）为时钟输入端，可连接到串行口的 TXD 端。 每一个时钟信号的上升沿加到 T端时，移位寄存器移一位， 8个时钟脉冲过后， 8 位二进制数全部移入 74LS164 中。 R（第 9 脚）为复位端，当 R＝ 0 时，移位寄存器各复位为 0，只有当 R＝ 1 时，时钟脉冲才起作用。 Q1－ Q8（第 3－ 6 和 10－ 13 引脚）并行输出端分别接 LED 显示器的 dp、 g、 f、 e、 d、 c、b、 a 各段对应的引脚上。 所谓时钟脉冲端，其实就是需要高、低、高、低的脉冲，在 74LS164 获得时钟脉冲的瞬间，如果数据输入端（第 2 脚）是高电平，则就会有一个 1 进入到 74LS164 的内部。 如果数据输入端是低电平，则就有一个 0进入其内部。 在给出了 8个脉冲后，最先进入 74LS164 的第一个数据就到达了最高位，然后再来一南昌航空大学科技学院 2020 届学士学位论文 19 个脉冲，从单片机 RXD 端输出的数据就 进入到第一片 74LS164 中，当第二个 8个脉冲到来后，第一个数据就进入第二片 74LS164，而新的第二个数据就进入到了第一片 74LS164 中，这样依次类推。 方案二： HD7279 键盘显示电路 HD7279A， 它共有 28 个引脚。 它是一片具有 串行接口的，可同时驱动 8位共阴式数码管（或 64 只独立）的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可连接多达 64键盘矩阵，单片即可完成 LED 显示、键盘接口的全部功能。 HD7279 内部含有译码器，可直接接受 BCD码或 16 进制码，并同时具有 2 种译码方式 .此外 ,还具有多种控制指令 ,如消隐 ,闪烁 ,左移 ,右移 ,段寻址等 . HD7279A 芯片大大简化系统电路。 HD7279A 只需要 4 根线（ CS、 CLK、 DATA、KEY）与 AT89C51 相连，仅仅使用单片机的 ～ 口，大大节省了 CPU 的端口资源，即可实现键 盘接口功能。 由于 HD7279A 内部含有去抖动电路，软件编程时不需要键盘的消抖动程序。 电路如图 ： 硬件键盘显示电路 为了电路的简洁方便，因此选择了 7279键盘显示。 南昌航空大学科技学院 2020 届学士学位论文 20 加热控制电路 控制部分最主要是电子开关电路。 电子开关电路一般由光电耦合芯片、继电器、双向可控硅的等电子器件组成。 电路要实现控制回路（输入）与负载回路（输出）之间的电隔离及信号耦合，可达到无触点，无火花接通和断开电器的目的。 电子开关电路应用领域十分广泛 ，如用于计算机的接口、微机的测控系统、自动控制等领域。 本次毕设采用光电耦合器和双向可控硅等元件设计等器件构成开关电路 ,该电路除用于控制交流接触器，还可以用于控制灯光、加热器等，但一定要注意双向可控硅的参数是否能满足负载的要求。 工作原理：在输入端加一个控制信号，就可以控制输出端的“通”和“断”，实现“开关”功能。 其中耦合电路是以光电耦合器作为输入、输出间的通道，又在电气上实现电隔离，以防止输出端对输入端的影响。 吸收电路由电阻、电容组成，它是为了防止电源中带来尖峰电压、浪涌电流对开关器件的冲击和干扰而设。