博迅电阻炉温度控制系统硬件设计

 在高度自动化的时代，自动调节温度系统得到了广泛的 应用。电阻炉可以适用于家电、食品、汽车、材料以及电力电 子等行业。随着现代科技的发展，温度测量控制技术的重要性 也更加明显。在使用电阻炉生产产品的过程中，准确地测量和 控制温度能够提高生产效率、节约资源，并且极大地影响了产 品的质量。因此，精度、稳定且可靠地控制电阻炉的温度是 非常有必要的。以前人们只能够应用模拟调节器去控制温度， 但是用该方法控制温度会出现延时大、系统震荡的问题。现如 今，利用单片机可以很方便地解决该问题，同时单片机还具有 智能化和自动化程度高、编程灵活以及扩展性好等优点。 因此，该文设计了 1 个自动化温度控制设备，它是以单 片机 AT89C51 为中心，通过传感器来检测温度。利用 PID 控 制、PWM 脉冲调制反馈系统，自动实现高精度、及时的温度 控制。同时，设计的温度报警电路能够及时监测工厂电阻炉的 运行状况，最大限度地消除安全隐患。

 系统硬件设计方案

该设计的核心处理器为 AT89C51，其他组成部分有温度 传感器模块、温度控制模块、数据处理模块、温度显示模块以 及键盘调节模块。该设计的核心部件为中央处理器，主要负责 处理数据、控制温度控制模块、控制显示模块和控制报警模块 等。中央处理器有很多选择，经过比较，该文的设计方案采用 AT89C51 单片机作为中央处理器。

复位电路设计

当系统出现故障处于死锁状态时，可以按下按键，从而重 新启动电路。

1. 时钟电路设计 时钟电路晶振频率的大小会直接影响单片机的运行速度 和质量。该设计采用内部震荡的方式，选择微调电容为 100 pF、 频率为 12 MHz 的晶振，使电路简单且符合实际要求。

2.温度采样电路的设计与选择 温度采样电路的设计与选择有以下 2 种方法：1）选择温度 传感器 DS18B20，它能够把模拟信号转换为数字信号，不占空 间且测量的准确性较高，能够适用于多种场合，使用起来非常 方便 [1]。2） 由于该系统设置的特殊性，还可以通过对加热器输 出的温度模拟信号进行模数转换，从而获得数字的温度信息。 该文选择了第二种方法，采用数模转换器 MCP3204，MCP3204 的功耗非常低、工作方式灵活且性价比高 [2]。

3. 人机交互电路 随着科技的发展，在高度自动化的时代，人机交互在生 活中随处可见。外设是构成人机交互系统配置的主要部分。它 的实现方法有以下 2 种：1） 通过单片机的 I/O 端口驱动芯片来 实现，单片机没有液晶显示 LCD 的驱动功能。2） 单片机本身 具有驱动的功能，能够直接控制键盘和 LCD，还可以实现人 机对话 [3]。

4. 按键接口电路设计 温度的设定值以及控制参数的数值都是由按键来调节 的，按键是现阶段电子设计中最常用、最实用的输入设备。单 片机通过读取 I/O 口的状态来判断按键是否按下，一般来说有 扫描法、线翻转法、中断法等。键盘可以实现人机对话，还 可以通过输入命令实现输入数据的功能。在该设计中，采用 独立式键盘结构，设计了 4 个按键 ：1） 第一个按键，设定的 温度值加 1。2） 第二个按键，设定的温度值减。3） 第三个按 键，设定的控制参数 P 加 1。4） 第四个按键，设定的控制参 数 P 减 1。

5.显示电路设计 显 示 电 路 选 用 LCD1602， 但 是 在 Proteus 仿 真 中 没 有 LCD1602，只能找对应的 LM016L，实际上 LM016L 与 LCD1602 的原理是相同的，并且利用上拉电阻使 P0 口的电压增大，从 而驱动 LCD。

6.报警电路的设计 因为电阻炉的温度是决定电子元件制成品质的重要因 素，温度不合适就会影响元件的品质；所以设置报警电路，当 |T 实际值 -T 设定值 | ≥ 3 ℃时（为电阻炉当前的温度 ；为预设的电 阻炉的温度），报警电路开始工作，蜂鸣器开始鸣响，警示灯 开始闪烁。

上海博迅SX2-8-10Z智能一体式箱式电阻炉