吳貴寶

(佳木斯大學信息電子技術學院，黑龍江 佳木斯 154000)

0 引言

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，如果溫度調節(jié)不好，涉及到安全生產(chǎn)，產(chǎn)品品質及產(chǎn)量等問題。對傳統(tǒng)方法的溫度測定程度低，交流機使用周期短，通斷溫度比例低，所以程序設定的溫度無法實現(xiàn)上升曲線溫度。本次設計是單片機為中心的溫度控制技術為核心代替?zhèn)鹘y(tǒng)控制設計，根據(jù)特定的程序變更淬火爐爐溫，達到較高的生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)數(shù)量和質量，降低工人勞動強度等功能。

1 系統(tǒng)設計

1.1 系統(tǒng)整體結構設計方案

本文介紹了一種基于AT89C51單片機開發(fā)的淬火爐爐溫控制系統(tǒng)。其主要功能就是控制淬火爐爐溫，利用淬火爐加熱提升爐內(nèi)溫度，使得爐溫溫度能夠達到用戶的設定溫度。同時能夠自動控溫，在得到設定溫度之后通過程序控制自動開啟/關閉加熱管來維持溫度，以達到恒溫的功能。本設計采用AT89C51單片機為主控芯片，有按鍵模塊供用戶調節(jié)設定爐溫溫度，LM016L液晶顯示屏實時顯示淬火爐溫度，以及設計了加熱管驅動控制電路。

本設計主要應用電子電路技術與制作電路板技術，同時對單片機運用以及單片機控制電路的開發(fā)也有一定要求。在功能實現(xiàn)方面，通過C語言編程進行控制單片機，最終實現(xiàn)單片機控制下取暖器的自動控溫功能。

整個控制系統(tǒng)的硬件電路如圖1所示，系統(tǒng)硬件分模塊設計，各個模塊實現(xiàn)獨立功能。在主控芯片的控制下，各模塊共同運行實現(xiàn)了系統(tǒng)功能。系統(tǒng)硬件可以分為幾大模塊，各模塊與主控單片機之間的關系如圖1所示，具體包括了以下模塊：單片機最小系統(tǒng)模塊、液晶顯示模塊、按鍵輸入模塊、ADC0832模塊、熱敏電阻檢測模塊、繼電器驅動模塊、加熱模塊。

圖1 系統(tǒng)硬件總體結構設計框圖

1.2 溫度控制器原理

淬火爐爐溫控制最重要的就是溫度控制，在程序中其他模塊都正常運行之后，就可以進行自動溫控子函數(shù)了。這個控溫的功能實際上就是控制加熱管是否工作，那么這個控制的依據(jù)就是爐溫溫度和設定溫度的比較。當爐溫溫度小于設定溫度，加熱管持續(xù)加熱。當爐溫溫度達到設定溫度后單片機自動控制加熱管關閉。隨后在加熱管關閉期間爐溫溫度慢慢下降，當爐溫溫度下降到設定溫度以下時，單片機自動控制加熱管開啟工作維持溫度，以此循環(huán)得到穩(wěn)定環(huán)境溫度的功能。

2 系統(tǒng)設計硬件模塊簡介

2.1 單片機

本設計選用STC89C51為主控芯片，這款芯片在工作過程中消耗電流小，同時也是8位單片機中性能比較高的微型控制器。該芯片有8k內(nèi)存，一般應用在產(chǎn)品設計上可以滿足程序設計容量[1]。

2.2 加熱電路模塊

當淬火爐爐溫溫度低于預先設定的溫度值時，經(jīng)控制器判斷后，發(fā)送給加熱模塊進行加熱，加熱控制電路原理圖如圖2所示。本方案中由于加熱管的工作電流比較大，因此考慮采用繼電器控制。因為線圈的工作電流在60mA左右，不能直接由芯片引腳提供，所以再通過一個NPN三極管驅動線圈。當芯片引腳輸出高電平時三極管Q2導通，從而線圈兩端被加上了VCC的電壓，因此繼電器吸合使得加熱管工作。

圖2 加熱控制電路原理圖

2.3 采集溫度模塊

該系統(tǒng)采用熱敏電阻來采集溫度，并使用ADC0832進行數(shù)模轉換。VCC電壓經(jīng)過熱敏電阻和1k電阻接地，通過兩個電阻分壓的方式建立檢測電路，通過單片機去檢測兩個電阻中間連接點的電壓即可得知此時的分壓點的電壓大小。通過引腳檢測到的電壓大小可以推算出此時熱敏電阻的阻值，然后通過查閱熱敏電阻阻值表可以得到當前熱敏電阻阻值所對應的溫度值。

2.4 LM016L顯示模塊

本設計的顯示模塊選用LCD1602，這是一種液晶字符顯示屏。就如同它名稱一樣，它能夠同時顯示16x02個字符，換句話說就是32個字符。液晶顯示屏的使用原理就是對其顯示區(qū)域的電壓控制，通過單片機去控制顯示區(qū)域的電壓就可以實現(xiàn)液晶顯示功能。引腳VL是液晶屏的背光亮度調節(jié)，通過電阻分壓可以調節(jié)背光屏的亮度。RS、RW、EN為液晶顯示屏的控制引腳，D0-D7則為液晶顯示屏的數(shù)據(jù)引腳，直接將數(shù)據(jù)引腳連接到單片機P0口引腳上接對應的數(shù)碼顯示端口，寄存器選擇RS，讀寫操作RW，使能信號EN則分別采用P1.0-P1.2進行與軟件相適應，通過單片機發(fā)生顯示內(nèi)容的數(shù)據(jù)就可以實現(xiàn)字符的顯示。

2.5 A/D模塊

本設計AD轉換芯片選用ADC0832，其中引腳CH0是模擬信號的輸入引腳，模擬電壓通過該引腳輸入到AD轉換芯片中。然后通過AD轉換之后從引腳DO輸出數(shù)字信號，該引腳直接連接單片機引腳，通過程序去處理該引腳傳回的數(shù)據(jù)就可以完成AD信號的采集過程。

2.6 按鍵輸入模塊

本設計中一共有2個按鍵，用來設置系統(tǒng)的加熱溫度。按鍵具有兩個引腳，當按鍵未按下的時候兩個引腳是不導通的，當按鍵按下后兩個引腳就會導通。利用按鍵是否導通可以判斷按鍵是否按下，根據(jù)這一特性設計了一個按鍵檢測電路。將按鍵一端接GND，另一端接單片機IO口，通過程序去讀取該IO口的電平信息，當按鍵沒有按下的時候讀取到的電平信息為高電平。當按鍵按下的后此時程序讀取到的電平信息會變成低電平，則可以進行系統(tǒng)加熱溫度調節(jié)。

3 系統(tǒng)軟件流程設計

軟件控制是該系統(tǒng)的核心，進行反饋調制達到設計需要的淬火爐爐溫，該系統(tǒng)設計的軟件流程主要有溫度采集，然后A/D轉換模塊發(fā)送到微處理器，并在LCD顯示器中顯示傳送溫度數(shù)值。接著判斷鍵盤是否按鍵，按下控制溫度數(shù)值加一按鍵，并在LCD顯示器中顯示設置好的溫度數(shù)值。如果按下控制溫度數(shù)值減一按鍵，并在LCD顯示器中顯示設定溫度數(shù)值。將預定的溫度和實際溫度數(shù)值相比，實際溫度比預定的溫度小的情況下，加熱裝置進行控制加熱，當實際溫度高于預設溫度時，采取自然降低溫度的方法降低溫度。在運行鍵盤掃描時會重復上述階段。系統(tǒng)軟件程序執(zhí)行流程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件程序執(zhí)行流程圖

4 結論

本設計將單片機、按鍵檢測、液晶顯示、溫度檢測等模塊應用到解決淬火爐溫度控制的問題中。通過單片機程序控制可控加熱元件開啟/關閉，從而來恒定加熱溫度。同時設置按鍵調節(jié)溫度功能，實現(xiàn)了自由控制淬火爐的溫度的功能,使淬火爐的溫度能夠滿足淬火工藝的需要。該系統(tǒng)可以準確地控制淬火爐溫區(qū)的溫度,減少損失,提高產(chǎn)品質量和生產(chǎn),降低勞動成本,所以淬火爐的溫度控制在工業(yè)生產(chǎn)中具有重要意義。