毕业设计（论文）储能式电暖气控制系统的控制(含程序)

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1、*大学电子信息工程学院毕业设计（论文）第1章 方案论证1.1 储能式电暖气的基本工作原理储能式电暖气的工作原理框图如图1.1所示。本系统利用单片机及外围电路构成一个控制系统，其中单片机作为系统的主控制器，通过传感器电路和定时电路来满足题目要求，即在取暖月份里每天定时加热7小时，时间是当日晚22点次日凌晨5点；电热管加热最高温度为800。同时将时间和温度通过LCD显示出来。键盘实现时钟时间的调时功能。储能式电暖气的基本工作原理是通过温度检测元件对加热管的温度进行测量，并将这个温度经过一系列处理，如信号放大、A/D转换、温度补偿等，再将该信息传递给单片机，以实现单片机对温度的控制作用。在单片机内部

2、会通过软件程序设定一个温度值800作为温度上限，输入进来的当前温度会与设定值的温度值进行比较，从而控制加热系统的操作，使温度最终达到题目的要求。定时电路的原理是设定在22：00-5：00夜间低谷电力价位时间段内进行加热，也就是通过时间来控制加热系统的工作情况。其中单片机根据传感器的温度情况控制继电器和单片机根据定时电路的时间情况控制继电器，但定时电路对继电器控制的优先级别高于温度对继电器的控制。即只有在规定时间内才能对加热管进行加热，否则即使在温度低于规定值时也不加热。图1.1 储能式电暖气工作原理框图1.2系统总体设计方案方案1 方案1系统框图如图1.2所示。本系统主要部分为控制电路部分、加

3、热电路部分和测量电路三部分。控制电路是由单片机来处理给定信号和反馈信号，发出相应的指令来控制可控硅，是系统的核心。8051对温度的控制是通过可控硅调节功能电路实现的。在给定的周期T内，8051只要改变可控硅管的接通时间便可改变加热丝的功率，从而达到调节温度的目的。而可控硅的接通时间可以通过可控硅极上触发脉冲控制。该触发脉冲由8051用软件在P1.3引脚上产生，受过零同步脉冲同步后经光耦合管和驱动管输出送到可控硅的控制极上。过零同步脉冲是一种50Hz交流电压过零时刻的脉冲，可使可控硅在交流电压正弦波过零时触发导通。该脉冲一方面作为可控硅的触发同步脉冲加到控制电路中，另一方面还作为计数脉冲加到80

4、51的T0和T1端。加热电路用来实现对系统的升温加热达到预定的温度。根据检测温度是否达到要求，控制电路利用双向可控硅的通断特性来决定加热电路的通电与断电。测量电路功能为将测量到的信号经过处理变成数字信号送入单片机中进行处理，主要由温度检测和变送器组成。单片机内部完成时钟和定时功能，时钟为24小时制，定时是实现从22：005：00七个小时的定时功能，最终将温度值和时间值通过显示器显示出来。除上述电路部分，89C51还要连接ADC0809等接口芯片，ADC0809为温度测量电路的输入接口，用于把连续变化的信号进行离散化。图1.2 方案1系统框图方案2方案2系统框图如图1.3所示。本系统的功能通过单

5、片机内部软件控制来实现。温度传感器采集温度是通过单片机内部软件来控制继电器的开断，从而控制加热管的加热情况。热电偶对加热管进行测温，将热电偶输出的热电势经放大电路放大后再经过A/D转换，输入到单片机，单片机内部软件程序将其与设定值进行比较，再对继电器的状态进行控制，最终达到题目规定的要求温度。定时电路方面也通过单片机来设定通电时间，控制继电器的开断状态。两个电路部分均可控制继电器的状态，时钟的时间显示和实时温度都显示在LCD液晶显示屏上。图1.3 方案2系统框图方案比较方案1 主要由外部电路将温度信号通过变换器和A/D进行处理，再将信号输入给单片机，需要用到可控硅、脉冲产生和PID算法，比较复

6、杂；方案2将功能的实现都由单片机内部的软件程序来完成，节省了外部器件资源，操作简单提高了工作效率。结论通过上述方案的比较最终确定选择方案2。1.3器件选择1.3.1 温度传感器的选择对于温度传感器，最常见和常用的是美国DALLAS公司最新推出的DS18B20温度传感器，它内部包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器和接口电路等，内部集成度高，功能强大。但其测温范围为-55-125，而我们需要测量的是中高温区0-800，DS18B20无法满足系统要求，因此我们考虑用热电偶作为温度传感器。J型和K型热电偶在中高温的测量中都应用广泛，其中J型热电偶又称铁-康铜热电偶，是一种价格低廉的廉金属的

7、热电偶。J型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，价格便宜等优点。铁-康铜热电偶的覆盖测量温区为-2001200，但通常使用的温度范围为0-750 。既可用于氧化性气氛(使用温度上限750)，也可用于还原性气氛(使用温度上限950)，并且耐CO等气体腐蚀，多用于炼油及化工。K 型热电偶也具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点。本方案采用K 型镍络-镍硅热电偶，因为它宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，长期使用温度1000，短期1200，而且在所有热电偶中它的使用最为广泛。这两种型号的热电偶都具有线性度好，热电动势大，灵敏度

8、高等特点，但是基于不同热电偶在应用中的普遍性，J型热电偶通常温度范围在0+750，而且多用于炼油及化工方面。K型镍络-镍硅热电偶可用于2001000，且一般应用于采暖装置中，完全可以满足题目和实际需求，因此本系统采用K型镍络-镍硅热电偶。1.3.2 A/D转换元件的选择AD574和ADC0809是常用的AD转换元件，其中AD574 芯片，其采样分辨率可设成8位也可以设为12位，且无需外接CLOCK时钟，转换时间达到25s，输出模拟电压可以是单极性的010V或020V，也可以是双极性的5V或10V。它具有功耗小、精度高等特点，可广泛应用在数据采集系统中。由于AD574 芯片内有三态输出缓冲电路,

9、因而可直接与单片机的数据总线相连,而无须附加逻辑接口电路。ADC0809芯片，它的采样分辨率是8位，它是以逐次逼近原理进行模数转换的器件，转换时间为100s，输入模拟电压为单极性的05V 。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。它是A/D转换的基本的常用元件，被广泛应用于数据采集及转换中。AD574和ADC0809都可以采用，其共同点是采样分辨率均为8位。区别在于AD574可以扩展到12位，采样精度高，并行数据传送占用I/O口过多。最主要的是因为AD574的采样频率高，且价格比较贵，本系统为实现对温度信号的A/D转换，而温度

10、信号的变化十分缓慢，不必采用采样频率非常高的A/D转换元件。又因本系统采用一个单片机作为核心控制系统，还需考虑到I/O接口有限，所以综上所述本系统采用ADC0809作为A/D转换元件。第2章 硬件系统的设计与实现2.1系统硬件的基本组成系统总体框图如图2.1所示。系统原理图见附录。本系统以单片机AT89C51为控制核心，以加热管为加热元件，以热电偶为温度检测元件。本系统主要单元有温度检测单元、A/D转换单元、时钟单元、温度控制单元、LCD液晶显示单元等。图2.1 系统总体框图2.2温度检测单元的设计1温度检测单元设计思路温度检测单元的电路图如图2.2所示。镍络-镍硅热电偶分度表如表2.1所示。

11、本系统采用加热管作为加热元件。由于被检测的温度信号很高，用一般的温度传感器不能满足题目要求，故以热电偶作为温度传感器检测高温信号。镍络-镍硅型热电偶在0-1000之间的输出热电势在0-41.269mV之间，信号非常小因此需要经过放大电路将其进一步放大后才能驱动A/D转换。图2.2 温度检测单元电路图表2.1 镍络-镍硅热电偶分度表2LM324芯片介绍LM324系列器件为价格便宜的带有差动输入的四运算放大器，可单电源供电。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。双电源供电时可工作在1.515V之间，本系统选用双电源供电方式。共模输入范围

12、包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图2.2所示的符号来表示，该芯片有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的信号相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图2.3。图 2.3 LM324管脚连接图LM324的特点： 1.短跑保护输出 2.真差动输入级 3.可单电源工作：3V-32V 4.低偏置电流：最大100nA 5.每封装含四个运算放大器。 6

13、.具有内部补偿的功能。 7.共模范围扩展到负电源 8.行业标准的引脚排列 9.输入端具有静电保护功能3热电偶的工作原理热电势产生原理图如图2.4所示。两种导体A、B组成一个闭合回路，并使结点1和结点2处于不同的温度T、，回路中就会存在热电势，因而就有电流产生，接在回路中的电流表指针将发生偏转，将这一现象称为热电效应。相应的热电势称为温差电势或者塞贝克电势，通称为热电势。回路中产生的电流为热电流，导体A、B称为热电极。测量时结点1置于被测的温度场中，称为测量端（工作端、热端）；结点2一般处在某一恒定温度，称为参考端（自由端、冷端）。 图2.4 热电效应示意图热电偶产生的热电势（温差电势）(T，)

14、是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成。接触电势由互相接触的两种金属导体内自由电子的密度不同造成的。两种不同材料的导体（或半导体）组成一个闭和回路(如图2.4所示)，当两接点温度T和不同时，则在该回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应。两种导体的接触电势(T)，(T)分别如式（2.1）、式（2.2）所示： (2.1) (2.2)所以回路的总接触电势为： (2.3)另一个方面，在一根均匀的金属导体中，如果两端的温度不同，则在导体的内部也会产生电势，这种电势称为温差电势。对于两种金属A、B组成的热电偶回路，温差电势可由式(2.4)表示： (2.4)式中为A导体的汤姆逊系数；为B导体的汤

15、姆逊系数。综上所述，对于均匀导体A、B组成的热电偶，其总电势E(T，T)为接触电势与温差电势之和，该总电势即为温度采集信号。 (2.5)热电偶性能和参数：1.热响应时间 在温度出现阶跃变化时，热电偶的输出变化至阶跃变化值的50%所需要的时间称为热响应时间，用表示。 2.公称压力 一般是指在工作温度下保护管所能承受的静态外压而不破裂，实际上，公称压力不仅与保护管材料、直径、壁厚有关，还与其结构形式、安装方法、置入深度以及被测介质的流速和种类等有关。 3.热电偶最小置入深度 应不小于其保护管外径的810倍（特殊产品例外）。2.3 冷端温度补偿单元的设计热电偶冷端温度补偿电路如图2.5所示。热电偶的

16、热电势大小与热电极材料及两端的温度有关，为保证输出热电势是被测温度的单一函数，必须保持一个结点的温度为恒定。热电偶的分度表和根据分度表刻度的温度仪表，都是以热电偶的冷端温度等于0为条件的，所以在使用时必须遵守这一条件。在选择冷端补偿方法之前，值得考虑的是如果热电偶的冷端和电热管的距离相近，冷端温度将直接受其影响，想要保持在0是不现实的。为了解决这一问题，采用了冷端延长线的方法。所谓冷端延长线实际上就是把一定温度范围内与热电偶具有相同热电特性的两种较长金属导线与热电偶配接。它的作用是将热电偶冷端移至离热源较远并且温度较稳定的地方，从而消除冷端温度变化带来的影响。本设计将热电偶冷端移至温度在20上

17、下的室内。热电偶冷端温度补偿的方法有很多，本设计采用工业上常用的电桥补偿法。图2.5 热电偶冷端温度补偿电路在热电偶与显示仪表之间接入一个直流不平衡电桥，也称冷端补偿器，它的输出端与热电偶串接。电桥的三个臂由电阻系数很小的锰铜丝绕制，使其值不随温度的变化而变化；另一桥臂由电阻系数较大的铜线绕制，其阻值在20时为R=1，此时电桥平衡，a，b两端没有电压输出。当电桥所处的环境温度变化时，电阻R的阻值随之改变，于是电桥将有不平衡电压输出。R电阻经过适当选择，可使电桥的输出电压特性与配用的热电偶的热电特性相似，同时电位差的方向在超过20时与热电偶的热电势方向相同；若低于20时与热电偶的热电势方向相反，

18、从而自动得到补偿。补偿后，热电偶的输出电势为：VOUT=(41V/)T (2.6)2.4 A/D转换单元的设计1A/D转换单元设计思路A/D转换单元的电路图如图2.6所示。热电势经放大电路放大后可输出0-5V的电压，将该模拟量输入值接到A/D转换8个模拟输入端的一个，本设计选择IN0作为输入端， 8位数据输出端接到单片机的P0口。ADC0809的采样分辨率是8位，它以逐次逼近原理进行模数转换，将模拟量转换为数字量，该数字量送到单片机内部与温度设定值进行比较。由于ADC0809片内无时钟，故利用89C51提供的地址锁存允许信号ALE经D触发器二分频后获得，ALE脚的频率是89C51单片机时钟频率

19、的1/6。单片机的时钟频率采用6MHz，则ALE脚的输出频率为1MHz，再二分频后为500KHz，恰好满足ADC0809对时钟频率的要求。由于ADC0809具有输出三态锁存器，其8位数据输出引脚可直接与数据总线相连。本系统仅用IN0作为数据输入端，其它通道均接地，由于不需要进行通道选择，选择地址译码引脚C、B、A均接地即可。图2.6 A/D转换单元电路图2A/D0809芯片介绍ADC0808/0809是单片、CMOS、逐次比较、8位模/数变换器。片内包含8位模/数变换、8通道多路转换器与微控制器兼容的控制逻辑。8通道多路转换器能直接连通8个单端模拟信号中的任何一个。由于ADC0809设计时考虑

20、到若干种模/数变换技术的长处，所以该芯片非常适用于过程控制、微控制器输入通道的接口电路、智能仪器和机床控制等领域。主要性能：1逐次比较型；2CMOS工艺制造；3单电源供电；4无需外部进行零点和满度的调整；5.可锁存三态输出，输出与TTL兼容；6易与各种微控制器接口；7具有锁存控制的8路模拟开关；8分辨率：8位；9功耗：14mW；10转换时间（F=500kHz）；128s；11转换精度：ADC0808：0.2%；ADC0809：0.4%极限参数：1电源电压：6.5V；2控制端输入电压：-0.3V+15V；3其他输入和输出端电压：-0.3VV+0.3V；4贮存温度：-65+150；5功耗（T=+2

21、5）：875mW；6引线焊接温度：气相焊接（60s）：215；红外焊接（15s）：220；7抗静电强度：400V2.5时钟时间调节单元的设计时钟时间调节电路图如图2.7所示。本单元主要实现24小时时钟的功能，而且时钟的时间是可调的，这主要通过三个按键实现。按键1为功能键，按键2为时间加1键，按键3为时间减1键。当按下按键1时为时间调节功能，此时光标在秒位闪烁，再按下按键1时可依次向前调节光标所在位置。调整好光标位置后，按下2键表示该位数字加1，按下3键表示该位数字减1。当秒位和分位加到60时清零，当时位加到24时清零。当秒位和分位减到0时返回60；当时位减到0时返回24。这样便可准确的调节当前

22、时间。根据硬件连接方式的不同，键盘可以分为独立式键盘和矩阵式键盘。独立式键盘是指各按键相互独立，每个按键分别与单片机的I/O 口或外扩I/O 芯片的一根输入线相连，通常每根输入线上按键的工作状态不会影响其他输入线的工作状态，通过检测输入线的电平就可以很容易地判断哪个按键被按下了。独立式键盘电路配置灵活，软件简单，因此本系统采用三个独立按键作为键盘。图2.7 时钟时间调节电路图2.6 加热控制单元的设计1加热控制单元设计思路加热控制单元的电路图如图2.8所示。本系统的加热控制单元由两部分组成。一部分是定时电路，另一部分是温度控制电路。定时电路主要是单片机内部对继电器的定时开断控制，时间在22：0

23、0-5:00之间时，P2.3赋值为1；温度低于800时P2.7赋值为1，当两部分均为1时才能使电磁继电器的开关闭合。 若温度超过700且处在加热过程中，继续保持加热状态；若温度超过800，停止加热之后判断温度是否已小于700，若小于700时开始加热，若没有则不加热，这样不至于使继电器开关频繁动作。图2.8 加热控制单元电路图2电磁继电器的介绍JQX-4是小型灵敏继电器，其技术参数如下：线圈额定电压（直流电压）： 12V；触电吸合电压：DC=85%AC ；触电形式：2Z；触电负载：AC220V、10A；吸合电流：20mA；吸合时间：20ms；绝缘电阻：500M；抗电强度：1000V；寿命：10万

24、次；2.7 LCD液晶显示单元的设计1LCD液晶显示单元设计LCD液晶显示单元电路图如图2.9所示。 本系统利用LCD液晶显示屏显示温度和时间。液晶显示屏的第一行显示当前加热管的温度，第二行显示当前的时钟时间。硬件电路中LCD1602的8个数据端接到单片机P1口。图2.8 LCD液晶显示单元电路图2LCD1602液晶显示屏介绍本系统的液晶显示单元采用的是长沙太阳人电子有限公司生产的1602字符型液晶显示器，可显示字符、汉字、图形，显示屏结构为160*128 点阵。主要功能：1.40通道点阵LCD 驱动；2.可选择当作行驱动或列驱动；3.输入/输出信号:输出,能产生202个LCD驱动波形；输入,

25、接受控制器送出的串行数据和控制信号；4.通过单片机控制将所测的频率信号读数显示出来 技术参数： 极限参数表如表2.2所示。表2.2 LCD1602极限参数表电参数表如表2.3所示。表2.3 LCD1602电参数表时序特性表如表2.4所示。表2.4 LCD1602时序特性表引脚功能如表2.5所示。表2.5 LCD1602引脚功能编号符号引脚说明1VSS电源地2VDD电源正极3VL液晶显示偏压4RS数据/命令选择5R/W读/写选择6E使能信号7D0数据8D1数据9D2数据10D3数据11D4数据12D5数据13D6数据14D7数据15BLA背光源正极16BLK背光源负极 第3章 软件系统的设计与实

26、现在目前的单片机软件开发中，常用的语言是汇编语言和C语言两种。汇编语言是一种文字用助记符来表示机器指令的符号语言，其优点是程序占用资源少、运行速度快、执行效率高，但具有缺乏通用性、程序可移植性差、编程比高级语言困难等缺点。C语言是是一种结构化程序设计语言，可产生紧凑代码。C语言可以进行许多机器级函数控制而不用汇编语言，与汇编语言相比，C语言有如下优点：对单片机的指令系统不要求了解，仅要求对单片机的存储器结构有初步了解；寄存器的分配、不同存储器的寻址及数据类型等细节可由编译器管理；程序有规范的结构、可分为不同的函数，这种方式可使程序结构化；具有将可变的选择与特殊操作组合在一起的能力，改善了程序的

27、可读性；关键字及运算函数可以近似人的思维过程方式使用；编程及程序调试时间显著缩短，从而提高效率；提供的库包含许多标准子程序，具有较强的数据处理能力；具有方便的模块化编程技术，已编好的程序可容易的植入新程序。C语言作为一种非常方便的语言而得到广泛的支持，C语言程序本身并不依赖于机器硬件系统，基本上不做修改就可以根据单片机的不同较快的移植过来。鉴于C语言编程有众多优点，在本设计中，采用的是C语言编写程序。3.1 系统软件设计思想由于系统程序比较复杂，为了便于编写、调试、修改，系统程序的编写采用了模块化的结构，整个系统包括主程序、初始化子程序、时钟子程序、延时子程序、键盘子程序、液晶显示子程序几个部

28、分。3.2 主程序设计主程序流程图如图3.1所示。主程序调用了初始化子程序、时钟子程序、键盘子程序及延时子程序等。在主程序中还进行了加热控制操作，先判断当前温度是否小于等于设定值800，若是则将P2.7赋值为1；若不是则将P2.7赋值为0。若温度超过800，停止加热之后判断温度是否已小于700，若小于700时P2.7赋值为1，若没有P2.7赋值为0。然后判断当前时间是否在22:00-5:00之间，若是则将P2.3赋值为1；若不是将P2.3赋值为0。图3.1 主程序流程图主程序相关代码：void main()int over; init();while(1)void timer0();keysc

29、an();start();delay(20);rd=0;delay(10);rd=1;delay(10); if(over800) tem=0; if(over=22|shi=5&shi22) time=0; 3.3 时钟子程序设计1设置时钟振荡频率时钟由单片机内部程序实现，利用单片机定时器和中断使时钟运转。首先设置定时器0方式1，装填初值，若时钟频率是6MHz，单片机每12个时钟周期为一个机器周期，即，此时，则，单片机的一个指令是2s， 2s 25000=50ms，1s50ms=20,即计数20次时钟走1秒。但单片机的时钟频率严格上为11.0592MHz，按此计算得出计数18次时钟走1秒，经

30、修正后计数值count=18。2设置时钟参数设计实时时钟至少需要设置时、分、秒三个参数，除此之外还需设置一个参数计数。当计数参数count=18时秒数加1，当秒数等于60时秒数清零，与此同时分数加1；当分数等于60时分数清零，与此同时时数加1；当时数等于24时时数清零。实时时钟子程序流程图如图3.2所示。图3.2 实时时钟子程序流程图实时时钟程序相关代码：void timer0() interrupt 1 int over;TH0=(65536-25000)/256;TL0=(65536-25000)%256;count+; if(count=3)count=0;miao+;if(miao=6

31、0)miao=0;fen+;if(fen=60)fen=0;shi+;if(shi=24)shi=0;write_sfm(4,shi); jisuan();write_sfm(7,fen); jisuan(); write_sfm(10,miao); jisuan(); 3. 4 键盘子程序设计 键盘子程序流程图如图3.3所示。本系统采用三个独立按键构成键盘，主要完成对实时时钟的调时功能。按键S1为功能键，按下S1时钟停止，光标停在秒位置，再按S1键可调光标位置；按键S2为调时加1键，在按下功能键S1之后S2才起作用，按一下该位值加1；按键S3为调时减1键，在按下功能键S1之后S3才起作用，按

32、一下该位值减1。图3.3 键盘子程序流程图3. 5 液晶显示子程序设计1温度显示设计热电偶测得的当前温度值经过一系列转换之后最终显示在液晶显示屏上，显示屏的第一行用来显示温度temper值。该值是三位的数字，将其除以100得到百位值；将其对100取余再除以10得到十位值；将其对10取余得到个位值。温度显示程序相关代码： uchar code table= temper: ; void write_sfw(uchar add,uint date)uint bai,shi,ge; bai=date/100; shi=date%100/10;ge=date%10;write_com(0x80+add

33、); write_date(0x30+bai);write_date(0x30+shi); write_date(0x30+ge);3时间显示设计时钟的时间在液晶屏的第二行显示，时、分、秒三个数值都是两位数，十位由data数据除以10得到；各位由data数据对10取余得到。时间显示程序相关代码：uchar code table1= 21:59:50;void write_sfm(uchar add,uchar date)uchar shi,ge;shi=date/10; ge=date%10;write_com(0x80+0x40+add);write_date(0x30+shi);write

34、_date(0x30+ge);第4章 实验及结果分析4.1 软件仿真结果分析Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具，是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、AVR、ARM、8086和MSP430等。4.1.1 液晶显示功能结果分析 液晶显示仿真图如图4.1所示。本系统采用LCD1602液晶显示屏显示，显示的内容分为两行，第一行显示当前温度，第二行显示时钟时间。

35、在不接入温度信号之前，先仿真LCD的显示功能，使其第一行显示年月日，第二行显示时钟时间。 图4.1 液晶显示仿真图加热管加热温度由热电偶检测，热电偶输出热电势，由于热电势过低，经两级放大后输入AD0809进行转换，温度信号经过一系列转换后最终在液晶屏第一行上显示。温度、时间显示仿真图如图4.2所示。图4.2 温度、时间显示仿真图4.1.2加热控制功能结果分析加热控制功能仿真图如图4.3、4.4所示。本系统加热功能由两部分控制，一部分为时间控制，一部分为温度控制。两部分只有同时满足条件时才能使继电器的开关K闭合，从而使220V交流电源接到加热管上，实现加热功能。时间控制是通过对P2.3口的操作实

36、现的，当时间在22:00-5:00之间，P2.3赋值为1，否则P2.3赋值为0。温度控制是通过对P2.7口的操作实现的，当温度值小于等于800时，P2.7赋值为1，否则P2.7赋值为0。P2.3和P2.7作为与门的输入端，与门的输出端接非门，只有当P2.3和P2.7均为1时与门输出1，此时非门输出0。非门输出后接入电磁继电器，继电器右端接直流电源VCC，继电器为常开形式，当非门输出为0时，继电器的电感线圈中有电流通过，继电器的开关K闭合，此时电源与加热管相接，完成加热功能。图4.3 加热控制功能仿真图（K断开）图4.4 加热控制功能仿真图（K闭合）4.1.3键盘调时功能结果分析键盘调时功能仿真

37、图如图4.5所示。键盘由三个独立按键组成，按键S1为功能键，按下S1时钟停止，光标停在秒位置，再按S1键可调光标位置；按键S2为调时加1键，在按下功能键S1之后S2才起作用，按一下该位值加1；按键S3为调时减1键，在按下功能键S1之后S3才起作用，按一下该位值减1。图4.5 键盘调时功能仿真图4.2 调试过程故障分析1LCD液晶显示部分焊接的时候把硬件分为两部分，一部分为放大电路部分，另一部分为LCD液晶显示部分，两部分分别焊接在两块板上。在焊接完LCD之后，接上电源调试，可是液晶屏没有反应，什么都没显示，后来检查电路发现复位电路没有接对。在接好复位电路之后还是没有显示，又检查了一遍发现晶振两

38、边的电容忘记接了，因为没接电容单片机不容易起振，再接好后我再一次确定了电路图，确保准确无误后接通了电源，果然LCD显示出了时钟时间。但是时钟走了一会后出现了好多乱码，程序中出现了问题，原来是程序延时出了问题，在KEIL环境下软硬件联调多次之后终于能够正常显示了。2 放大电路部分经放大电路放大后的电压值仍很小，达不到5V左右，究其原因是因为热电势太低，电流也偏低，因此放大电路不能正常工作。将放大电路里的电阻值增大后便可以提高放大效果。 3加热控制部分加热功能是由继电器的开闭控制的，当时间和温度均满足条件时，即P2.3和P2.7均为1时继电器的开关K闭合，完成加热功能。可是当条件满足时，继电器的开

39、关K并不闭合，检测电路情况，此时继电器的电感线圈左端为低电平，右端为VCC高电平，线圈中有电流流过，可是开关依旧不闭合。仔细分析后发现，继电器的触点电流为20mA，负载电阻为240，而此时接入的VCC为2V，电流仅为8.3mA,所以继电器的开关K不闭合。当把VCC接为12V时，继电器可以正常工作。第5章 经济社会效益及应用前景分析近年来倡导低碳生活的呼声越来越高，作为北方冬季的采暖也应列入这个绿色环保行列。采用清洁能源供暖是改善城市大气环境、减少污染的一个重要方面。目前我国城市供暖一般都采用由采暖锅炉供应热水，通过散热片或风机盘管供暖的方式。传统的采暖锅炉都是燃煤锅炉。它的初投资较小，供暖费用

40、也较低，但对大气污染很严重。采用燃油、燃气或一般的电暖气虽然能降低大气污染程度，但供暖运行费用很高，约为燃煤锅炉的34 倍，在一般家庭使用尚有较大的困难。电暖气运行费用较高的主要原因在于电费较高。若能降低电费，电暖气运行费用也将相应地降低。从我国目前的用电结构来看，白天的用电量(峰电)逐年增加，导致与午夜后用电量（谷电）的差距相应地增大。如国内某地区2000年的峰谷月用电量差平均为3761兆瓦，峰谷差率平均为34.85%。为了减少峰谷电差，近年来电管部门制定了利用谷电的优惠政策，降低谷电的电费以鼓励用户午夜后用电。以2002年北京地区电费为例，工业用电白天电费为0.83元/度，午夜后电费降低为

41、0.20元/度，仅为白天电费的24%左右。因此，若能设计出适用的储能式电暖气，利用低谷电将电能储存起来供白天使用，就能大大地降低电暖气的运行费用至接近燃煤锅炉的运行费用，有条件推广至一般家庭使用。且能为我国的环保节能事业做出贡献。储能式电暖气是一种新型的电储热系统。采用高密度储能砖作为储热材料，将加热、储热、取热、换热及控能功能组合在一台无压的一体化结构内。与其它类型电暖气相比较，它具有占地面积小，系统热效率高，便于操作，性能稳定，安全性高及运行费用低等特点。根据试验及运行结果，储能式电暖气具有良好的运行性能，可应用于各种建筑和生活供暖系统中。结 论本次毕业设计实现了储能式电暖器夜间加热7小时

42、的功能 ，实现了时钟及调时功能，实现了LCD显示温度、时间等功能。在这次毕业设计的过程中我受益匪浅。从一开始的确定课题，到后来的资料查找、理论学习，到最后的的调试和测试过程，将所学过的理论知识和实践结合起来，动手能力得到了进一步的加强。毕业设计中包含了模拟电子线路、数字电子线路和单片机的知识，可以说是对所学过的知识的一次全面综合。主要是学习MCS-51单片机，包括MCS-51外围电路的连接、软件设计的基本思路，控制外围元器件的基本方法等方面有了进一步的学习。另外，对温度控制系统有了更深一层次的研究，对LCD液晶显示屏的应用有更熟练的操作。这次毕业设计，是我学习专业知识和技能的好机会，我在这个过

43、程中收获了许多。在画原理图、安装和调试软件、硬件过程中不可避免地遇到各种问题，这要求保持沉着冷静，联系书本理论知识积极地思考，实在解决不了可以请教同学或指导老师。虽然在制作过程中不可避免地遇到很多问题，但是最后还是在老师以及同学的帮助下圆满解决了这些问题，实现了整个系统设计与最后调试，相关指标达到期望的要求，很好地完成了本次设计任务。本次毕业设计也有一些不足之处，就是不能够精确的反映温度值，主要原因是电暖气的温度值很高，一般在600以上，而且温度信号是非线性的，要想精确的反映温度值仅靠简单的电路设计是达不到要求的。本设计中可以改进的地方就是可以在加入温度补偿模块，使温度值更加稳定，减小误差。本

44、次毕业设计我还有一些遗憾，就是没有能再多研究一些模块，因为时间是有限的，如果条件允许我会把毕业设计做的更完善的！致 谢本论文是在指导教师*教授的悉心指导下完成的，从论文的选题、研究方案的制定、技术路线的选择到系统的开发调试，各个方面都离不开*老师热情耐心的帮助和指导。李老师是位认真负责的好老师，她多次询问我的毕设进展和实验过程，并为我指点迷津，帮助我开拓思路，为我指引了正确的研究方向，使我少走了许多弯路。她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风深深地感染和激励着我。在她的熏陶下，我意识到无论作为一名科学学习者，还是科技工作者，都要时刻保持严谨细致、一丝不苟的作风。她严于律己、宽以待

45、人的崇高风尚，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标，掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物和为人处世的道理。在毕业设计的全过程里，李老师倾注了大量的心血。在此，谨向李老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！感谢您对我的倾囊赐教、鞭策鼓励，您的谆谆教诲我将铭记在心。感谢培育教育我的*大学，校园里浓厚的学术氛围，舒适的学习环境使我在知识的海洋里畅快遨游。感谢教授我专业知识的电子信息工程学院，学院里完备的教学体系使我扎实的掌握了电子专业知识，完善的教学设备使我将理论与实践结合起来，增强了我的动手能力，更加促进了专业知识的理解与掌握。感谢电信学院所有的老师，是你们的悉

46、心培育耐心指导教会了我许多知识，使我为今后的工作和学习打下了夯实的基础。感谢在毕业设计过程中帮助过我的所有同学和朋友，尤其感谢我的班长*，在毕业设计的仿真调试阶段，他给予了我莫大的帮助，是他帮我解决了很多毕设中遇到的困难，没有他的帮助我不能这么好的完成各项指标任务。在这里我再一次对于那些关怀和帮助过我的人表示深深的感谢。 最应该感谢的是生我养我的父母，是他们给予了我无私的爱，为我的成长付出了许多，是他们教育我要成为祖国的栋梁之才，是他们坚定了我追求人生理想的信念。大恩无以言表，惟有以永不停息的脚步、永无止境的奋斗，回报父母二十多年来的养育之恩。参考文献1 施保华等. 计算机控制技术M. 武汉：

47、华中科技大学出版社,2007.2 孙增圻等. 智能控制理论与技术M. 北京：清华大学出版社,1997.3 韦巍. 智能控制技术M. 北京：机械工业出版社,2000.4 李广弟等. 单片机基础M. 北京：北京航空航天大学出版社,2001.5 刘洪恩. 利用热电偶转换器的单片机温度测控系统J. 仪表技术，2005(2):29-30. 6 郭强. 液晶显示应用技术M. 北京：电子工业出版社,2000.7 马忠梅.单片机C语言Windows环境编程宝典M.北京:北京航空航天出版社,2003.8 孙肖子等. 模拟电子技术基础M.西安：西安电子科技大学出版社，2001年1月.9 孙江宏等.Protel电路

48、设计与应用M.北京:机械工业出版社,2002.10 吴道悌.非电量电测技术M.西安:西安交通大学出版社,2001.11 赵丽娟.基于单片机的温度监测系统的设计与实现.北京：机械制造出版社，2006.12 徐玮等. C51单片机高效入门M. 北京：机械工业出版社，2006年10月.13 潭浩强. C语言设计（第二版）M. 北京：清华大学出版社，1999.14 何立民. 单片机应用技术选编M. 北京：北京航空航天大学出版社，2004.15 严天峰编.单片机应用系统设计与仿真调试M. 北京：北京航空航天大学出版社，2005.16 谭克俊.单片机在电炉温度控制系统中的应用J. 大连海事大学学报.199

49、5年1期.17 吴永生.热工测量及仪表.第二版.中国电力出版社,1995.18 刘日新.温度控制系统模型J. 中北大学学位论文.19 王立新.温度检测方法与温度传感器J. 聊城师院学报，1999.20 毕查德.拉扎维.模拟CMOS集成电路设计M. 西安:西安交通大学出版社,2003: 240-243.21 李建.测试测量J. 今日电子，2007年第11期.22 Thomas L.Floyd. Fundamentals of Analog CircuitsR.Beijing:Higher Education Press, 2004.23 Donald and Neamen.Electronic

50、Circuit Analysis and DesignR.New York:Mc Graw-Hill,1999.24 Analong Device Corp,Data-Acquisition Databook,199125 Dogan Ibrahim.Micro-controller-based temperature monitoring and control,2002.26 Myer Kutz.Temperature control.Wiley,2008.27 University of Michigan.Electronics World.Reed Business Pub,2000.

51、28 Daniel D.Pollock.The theory and properties of thermocouple elements,2001.29 Kenneth J.Ayala.The 8051 microcontrollerR.Chicago:Cengage Learning,2004.30 Dogan Lbrahim.Microcontroller projects in C for the 8051R.Washington:Newnes,2000.31 L.Michalski and K.Eckersdorf.Wiley Series in Measurement Scien

52、ce and Technology.John Wiley and Sons,2001.32 Peter R.N.Childs.Practical temperature measurement.Butterworth-Heinemann,2001.附录原理图附录 元器件清单序号编号名称型号数量1R1、R2、R5、R8电阻10K42R3电阻1013R4、R7电阻100K24R6、R9电阻1M25C1极性电容4.7F16C2、C3电容30pF27U1单片机89S5118U2数据锁存器1/2 74LS7419U3、U4与非门74LS00210U5A/D转换器A/D 0809111U6、U7、U8集成

53、运放LM324312U9与门74LS08113U10非门74LS04114U11液晶显示屏LCD 1602115K电磁继电器JQX-4116CRYSTAL 晶振6MHz117S1、S2、S3按键118D1二极管119热电偶镍络-镍硅1附录 源程序代码#include#define uchar unsigned char #define uint unsigned intsbit dula=P26;sbit wela=P21;sbit rs=P20;sbit lcden=P22;sbit time=P23;sbit tem=P27;sbit wr=P36;sbit rd=P37;sbit a=P

54、33;sbit s1=P30;sbit s2=P31;sbit s3=P32;uchar count,num,s1num;char shi=21,fen=59,miao=50;uchar code table= temper: ;uchar code table1= 21:59:50;void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void write_com(uchar com)rs=0;lcden=0;P1=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_date(ucha

55、r date)rs=1;lcden=0;P1=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void init()uchar num;dula=0;wela=0;lcden=0;tem=0; time=0;write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x01);write_com(0x80);for(num=0;num13;num+)write_date(tablenum);delay(10); write_com(0x80+0x40);for(num=0;num12;num+)write_

56、date(table1num);delay(10);TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;TMOD=0x10;TH1=(65536-60)/256;TL1=(65536-60)%256;EA=1;ET1=1;TR1=1; void write_sfm(uchar add,uchar date)uchar shi,ge;shi=date/10;ge=date%10;write_com(0x80+0x40+add);write_date(0x30+shi);write_date(0x30+ge)

57、; void start()wr=1;wr=0;wr=1;void write_sfw(uchar add,uint date)uint bai,shi,ge; bai=date/100;shi=date%100/10;ge=date%10;write_com(0x80+add); write_date(0x30+bai);write_date(0x30+shi);write_date(0x30+ge);void jisuan() int sjz,ejz,over; ejz=P0; sjz=ejz*999/256; over=801;write_sfw(10,sjz); void keyscan()if(s1=0)delay(5);if(s1=0)s1num+;while(!s1);if(s1num=1)TR0=0;write_com(0x80+0x40+10);write_com(0x0f);if(s1num=2)write_com(0x80+0x40+7);if(s1num=3)write_com(0x80+0x40+4);if(s1num=4)s1num=0;write_com(0x0c);TR0=1;