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1、“智能仪器设计”课程设计安排一、 设计要求：1.设计一个智能温度控制仪表，用于控制一个电烤箱（或电热水器，或加热炉），设计要满足给定的功能要求（见设计题目下方）。2.硬件设计要求：可将仪表的电路系统划分成三个功能相对独立的子电路系统，即：信号调理电路、温度控制电路和单片机电路，每个子电路系统设计一个电路板。信号调理电路的功能主要是对传感器输出的信号进行放大和模/数转换，有时还需对传感器输出的信号进行其它方面的处理，这要根据具体情况考虑，其目的是实现单片机端口与输入的信号在性能上相匹配，并且输入的信号使单片机能实现预定的控制功能。温度控制电路主要是实现对电炉丝通或断的控制，以此达到对电烤箱温度的
2、控制。温度控制电路的主要器件是光电耦合器和双向晶闸管。单片机电路包括基本电路、温度显示电路、报警电路，按钮电路等。温度显示可用两个3位数码管实现，其中一个3位数码管显示测量值，另一个显示设定值；3位数码管是指能显示3位数的数码管模块。报警电路可采用蜂鸣器；可利用按钮实现温度值的设置。其实整个仪表系统是一个单片机的控制系统，除了单片机的基本电路（或最小系统）外，其它外围电路电路都自成一个子系统，如显示电路、报警电路、按钮输入电路等。出于对电路板设计的考虑，如果把仪表的电路系统都设计在一块电路板上，对于子电路系统的功能试验和调试会造成复杂性；如果把每个子系统设计一个电路板，也没有必要，如按钮输入电
3、路只有几个按钮。鉴于以上分析，我们将仪表系统设计成三个电路板。这里有一个问题需要注意：有的传感器已经包含了信号调理电路，这时就不需要另外再设置信号调理电路，如果不是如此，就必须设置信号调理电路。是否设置信号调理电路，取决于传感器输出的信号能否满足单片机的端口性能和能否满足单片机实现预定控制功能的要求。课题设计指定的传感器，一般都需要设计信号调理电路。根据设计题目和功能要求，给出智能仪表的设计方案和原理框图。设计方案是指：题目的仪表系统是由几个子电路系统组成，把需要设计的子电路系统写出。仪表原理框图的画法是：需设计的子系统用方框表示，子系统名称写在方框中，子系统之间的关系用连线表示。用Prote
4、l 99 SE软件设计仪表各子系统的电路原理图、仿真图和PCB图。Protel 99 SE是一个电路板设计软件，主要功能有：电路原理图设计、电路仿真、印刷电路板设计（PCB）和PLD逻辑设计。Protel 99 SE软件学习和入门比较容易，同学们可以自学掌握。（也可以用其它软件工具）子电路系统的设计内容有：设计电路原理图并对电路原理进行简要的文字叙述；设计必要的电路仿真图表；设计电路板图（即PCB图）。画出的图要有图号和图题。3.软件设计要求：给出主程序和子程序需要实现的功能。用C语言开发所设计仪表的程序，程序要有详细的注释。按照仪表系统所需实现的功能（或任务），分别编辑子程序以下是程序设计的
5、样本，供参考:/* 智能仪表程序 */=声明区=# include /定义8051寄存器的头文件 / /=主程序=/* 功能：完成系统初始化、定时器0设置、温度设置及显示 */void main(void)unsigned char i,j; /初始化水温寄存器 / /=延迟函数=/* 功能：延迟时间=dt500机器周期 */void delay(unsigned int dt)register unsigned char bt; /定义寄存器变量 / /=显示子程序=/* 功能：将显示缓冲区45H的二进制数据先转换成3个BCD码，分别存入百位、十位和个位显示缓冲区（42H、43H和44H单元
6、），然后通过串行口送出显示。 */void display(void) / a=0xfe; /位选赋初值 / /=按键子程序= 同上 二、课程设计需完成的内容封面内容：（在学院网站下载相关规定表格）智能仪器设计课程设计题目号：题目：班级：学号：姓名：摘要（设计的主要内容摘要、所设计电路技术指标）。正文内容：1. 题目：2.功能要求：3.设计方案4.给出智能仪表的原理框图5.硬件设计部分设计出信号调理电路、温度控制电路和单片机电路的详细的电路原理图（用Protel99se设计），并给出电路原理图的说明。主要说明电路中主要元件的作用和工作原理，以及元件的主要参数。电路中用到的元器件资料，可在互联网
7、上收集。给出必要的电路仿真图表。给出信号调理电路、温度控制电路和单片机电路的PCB图（用Protel99se设计）6.软件设计部分智能仪表主程序和各子程序的功能（或任务）说明（参见参考样本）有详细注释的C程序（参见参考样本）。（单片机的显示、AD转换、控制算法等程序，可在互联网上收集。）7.若是有实验板实物，可以附实物照片。8.给出参考文献。参考文献的书写格式按学术论文要求。三、课程设计提示 1.不同的智能温度控制仪表，其一般的设计过程和工作原理都是相同的，而且这方面的案例也比较容易查找。通过在文献中查找到的案例，启发设计灵感，另外也可将其可利用的部分搬过来。可以说不通过参考文献，是无法完成课
8、程设计的。2.参考文献的范围比较广，如：课本、技术书籍、学术论文、研究生的毕业论文、往届的课程或毕业设计、相关的技术资料等。另外，通过互联网收集，也是一条非常重要的途径。3.通过参考文献，可以解决以下问题：了解智能温控仪表的电路原理及设计方法；可以收集设计中用到的器件资料，如：传感器、信号调理电路、单片机、AD转换器、数码管模块等。这些器件资料的内容包括：组成结构、原理及其连接方法等。可以收集设计中用到的有关程序，也可学习有关的程序编辑方法。可以学会Protel99se软件的使用方法。总之，通过参考文献几乎可以解决课程设计中遇到的所有问题。学会利用参考文献，也是课程设计中的一项主要内容。在学术
9、论文和研究生毕业论文中，对参考论文的数量和质量都有严格的要求。四、课程设计题目（以下课程设计题目按学号顺序分配，落实到人）1.题目：电烤箱的智能温控仪表设计功能要求：电烤箱由1kW电炉丝加热，最高温度为120C。电烤箱的温度可以设置，电烤过程恒温控制为设置的温度，温度控制误差2C。可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度5C时发出报警采用STC89C51单片机和12Hz的晶振；采用AD590温度传感器 。采用位式控制、并用晶闸管过零驱动1000W电加热器（电源电压为AC220V）。2.题目：快式热水器的智能温控仪表设计功能要求：用两位数码管显示出水温度。水温范围为
10、：099C，检测和显示的精度为1C。设置5个功率档位指示灯：12档，一个灯亮；34档，两个灯亮；56档,3个灯亮；78档,4个灯亮；9档，5个灯亮。0档无功率输出，档位灯不亮。设置3个按钮，分别为电源开关键、加键和减键。加热功率分为09档，按加键可依此递增至9档；按减键可依此递减至0。09档功率依次为0、1/9P、2/9P、3/9P、4/9P、5/9P、6/9P、7/9P、8/9P、P。出水温度超过65C时停止加热，并蜂鸣报警；温度降到45C时，开始加热。采用可控硅控制加热功率采用温度/频率转换测温法，传感器为热敏电阻。采用89C51单片机。3.题目：电热水器的智能温控仪表设计功能要求：电热水
11、器由800W电炉丝加热，最高温度为100C。电热水器的温度可以设置，恒温控制过程为设置的温度，温度控制误差2C。可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度10C时发出报警采用AT89S51单片机和12Hz的晶振；采用AD590温度传感器 。采用位式控制、并用晶闸管过零驱动800W电热器（电源电压为AC220V）。4.题目：加热炉的智能温控仪表设计功能要求：加热炉由2kW电炉丝加热，最高温度为150C。加热炉的温度可以设置，恒温控制过程为设置的温度，温度控制误差2C。可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度5C时发出报警采用STC89C5
12、1单片机和12Hz的晶振；采用AD590温度传感器 。采用位式控制、并用晶闸管过零驱动电热器（电源电压为AC220V）。5.题目：无储罐热水器的智能温控仪表设计功能要求：用两位数码管显示出水温度。水温范围为：099C，检测和显示的精度为1C。设置三个功率档位指示灯：14档，一个灯亮；58档，两个灯亮；9档，三个灯亮。0档无功率输出，档位灯不亮。设置3个按钮，分别为电源开关键、加键和减键。加热功率分为09档，按加键依此递增至9档；按减键依此递减至0。09档功率依次为0、1/9P、2/9P、3/9P、4/9P、5/9P、6/9P、7/9P、8/9P、P。出水温度超过65C时停止加热，并蜂鸣报警；温
13、度降到45C时，开始加热。采用可控硅控制加热功率。采用温度/频率转换测温法，传感器为热敏电阻。采用89C51单片机。6.题目：反应器的智能温控仪表设计功能要求：反应器由800W电热器加热，最高温度为100C。反应器的温度可以设置，恒温控制过程为设置的温度，温度控制误差1C。可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度2C时发出报警采用AT89S51单片机和12Hz的晶振；采用AD590温度传感器 。采用比例控制、并用晶闸管移相驱动800W电热器（电源电压为AC220V）。7.题目：育苗室智能温控仪表设计功能要求：为了春季早栽种，采取冬季温室育苗。温室用电热器来取暖。用
14、智能温控仪表保持室温在一定温度，控制误差2C。可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度5C时发出报警采用STC89C51单片机和12Hz的晶振；采用AD590温度传感器 。采用比例控制、并用晶闸管移相驱动电热器（电源电压为AC220V）。8.题目：电烤箱的智能温控仪表设计功能要求：电烤箱由1kW电炉丝加热，最高温度为120C。电烤箱的温度可以设置，电烤过程恒温控制为设置的温度，温度控制误差2C。可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度5C时发出报警采用STC89C51单片机和12Hz的晶振；采用AD590温度传感器 。采用比例控制、并
15、用晶闸管移相驱动1000W电加热器（电源电压为AC220V）。 9.题目：电热水器的智能温控仪表设计功能要求：电热水器由800W电炉丝加热，最高温度为100C。电热水器的温度可以设置，恒温控制过程为设置的温度，温度控制误差2C。可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度5C时发出报警采用AT89S51单片机和12Hz的晶振；采用AD590温度传感器 。采用比例控制、并用晶闸管移相驱动电热器（电源电压为AC220V）。10.题目：加热炉的智能温控仪表设计功能要求：加热炉由2kW电炉丝加热，最高温度为150C。加热炉的温度可以设置，恒温控制过程为设置的温度，温度控制误差
16、2C。可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度5C时发出报警采用STC89C51单片机和12Hz的晶振；采用AD590温度传感器 。采用比例控制、并用晶闸管移相驱动电热器（电源电压为AC220V）。11.题目：快式热水器的智能温控仪表设计功能要求：用两位数码管显示出水温度。水温范围为：099C，检测和显示的精度为1C。设置4个功率档位指示灯：13档，一个灯亮；46档，两个灯亮；78档,3个灯亮；9档，4个灯亮。0档无功率输出，档位灯不亮。设置3个按钮，分别为电源开关键、加键和减键。加热功率分为09档，按加键依此递增至9档；按减键依此递减至0。09档功率依次为0、1
17、/9P、2/9P、3/9P、4/9P、5/9P、6/9P、7/9P、8/9P、P。出水温度超过80C时停止加热，并蜂鸣报警；温度降到50C时，开始加热。采用可控硅控制加热功率。采用温度/频率转换测温法，传感器为热敏电阻。采用89S51单片机。12.题目：反应器的智能温控仪表设计功能要求：反应器由800W电热器加热，最高温度为100C。反应器的温度可以设置，恒温控制过程为设置的温度，温度控制误差1C。可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度2C时发出报警采用STC89C51单片机和12Hz的晶振；采用AD590温度传感器 。采用位式控制、并用晶闸管过零驱动800W电
18、热器（电源电压为AC220V）。13.题目：烘干箱的智能温控仪表设计功能要求：烘干箱由电热器加热，最高温度为150C。烘干箱的温度可以设置，电烤过程恒温控制为设置的温度，温度控制误差2C。可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度3C时发出报警采用STC89C51单片机和12Hz的晶振；采用AD590温度传感器 。采用位式控制、并用晶闸管过零驱动电热器（电源电压为AC220V）。14.题目：电热水器的智能温控仪表设计功能要求：电热水器由800W电炉丝加热，最高温度为100C。电热水器的温度可以设置，恒温控制过程为设置的温度，温度控制误差1C。可以实时显示设置温度和实
19、际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度10C时发出报警采用STC89C51单片机和12Hz的晶振； 采用位式控制、并用晶闸管过零驱动800W电热器（电源电压为AC220V）。采用温度/频率转换测温法，传感器为热敏电阻。15.题目：无储罐热水器的智能温控仪表设计功能要求：用两位数码管显示出水温度。水温范围为：0099C，检测和显示的精度为1C。设置5个功率档位指示灯：12档，一个灯亮；34档，两个灯亮；56；档，三个灯亮；78档，四个 灯亮；9档，五个灯亮。0档无功率输出，档位灯不亮。设置3个按钮，分别为电源开关键、加键和减键。加热功率分为09档，按加键依此递增至9档；按减键依此递减至0
20、。09档功率依次为0、1/9P、2/9P、3/9P、4/9P、5/9P、6/9P、7/9P、8/9P、P。出水温度超过70C时停止加热，并蜂鸣报警；温度降到50C时，开始加热。采用可控硅控制加热功率。采用AD590温度传感器 。采用89C51单片机。16.题目：育苗室智能温控仪表设计功能要求：为了春季早栽种，采取冬季温室育苗。温室用电热器来取暖。用智能温控仪表保持室温在一定温度，控制误差2C。可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度5C时发出报警采用STC89C51单片机和12Hz的晶振；采用AD590温度传感器 。采用位式控制、并用晶闸管过零驱动电热器（电源电压
21、为AC220V）。17.题目：电烤箱的智能温控仪表设计功能要求：电烤箱由1kW电炉丝加热，最高温度为120C。电烤箱的温度可以设置，电烤过程恒温控制为设置的温度，温度控制误差2C。可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度5C时发出报警采用STC89C51单片机和12Hz的晶振； 采用位式控制、并用晶闸管过零驱动1000W电加热器（电源电压为AC220V）。采用温度/频率转换测温法，传感器为热敏电阻。18. 题目：加热炉的智能温控仪表设计功能要求：加热炉由2kW电炉丝加热，最高温度为150C。加热炉的温度可以设置，恒温控制过程为设置的温度，温度控制误差2C。可以实时
22、显示设置温度和实际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度5C时发出报警采用STC89C51单片机和12Hz的晶振； 采用位式控制、并用晶闸管过零驱动电加热器（电源电压为AC220V）。采用温度/频率转换测温法，传感器为热敏电阻。19. 题目：反应器的智能温控仪表设计功能要求：反应器由800W电容器加热，最高温度为100C。反应器的温度可以设置，恒温控制过程为设置的温度，温度控制误差1C。可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度2C时发出报警采用AT89S51单片机和12Hz的晶振； 采用比例控制、并用晶闸管移相驱动800W电热器（电源电压为AC220V）。传
23、感器为热敏电阻。20.题目：快式热水器的智能温控仪表设计功能要求：用两位数码管显示出水温度。水温范围为：0099C，检测和显示的精度为1C。设置5个功率档位指示灯：12档，一个灯亮；34档，两个灯亮；56档,3个灯亮；78档,4个灯亮；9档，5个灯亮。0档无功率输出，档位灯不亮。设置3个按钮，分别为电源开关键、加键和减键。加热功率分为09档，按加键依此递增至9档；按减键依此递减至0。09档功率依次为0、1/9P、2/9P、3/9P、4/9P、5/9P、6/9P、7/9P、8/9P、P。出水温度超过80C时停止加热，并蜂鸣报警；温度降到50C时，开始加热。采用可控硅控制加热功率。采用AD590温
24、度传感器 。采用89S51单片机。21.题目：电烤箱的智能温控仪表设计功能要求：电烤箱由1kW电炉丝加热，最高温度为120C。电烤箱的温度可以设置，电烤过程恒温控制为设置的温度，温度控制误差2C。可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度5C时发出报警采用STC89C51单片机和12Hz的晶振； 采用比例控制、并用晶闸管移相驱动1000W电加热器（电源电压为AC220V）。 采用温度/频率转换测温法，传感器为热敏电阻。22.题目：无储罐热水器的智能温控仪表设计功能要求：用两位数码管显示出水温度。水温范围为：0099C，检测和显示的精度为1C。设置5个功率档位指示灯：
25、12档，一个灯亮；34档，两个灯亮；56档,3个灯亮；78档,4个灯亮；9档，5个灯亮。0档无功率输出，档位灯不亮。设置3个按钮，分别为电源开关键、加键和减键。加热功率分为09档，按加键依此递增至9档；按减键依此递减至0。09档功率依次为0、1/9P、2/9P、3/9P、4/9P、5/9P、6/9P、7/9P、8/9P、P。出水温度超过60C时停止加热，并蜂鸣报警；温度降到40C时，开始加热。采用比例控制、并用晶闸管移相驱动电加热器（电源电压为AC220V）。 采用温度/频率转换测温法，传感器为热敏电阻。采用89C51单片机。23.题目：育苗室的智能温控仪表设计功能要求：为了春季早栽种，采取冬
26、季温室育苗。温室用电热器来取暖。用智能温控仪表保持室温在一定温度，控制误差2C。可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度5C时发出报警采用STC89C51单片机和12Hz的晶振； 采用位式控制、并用晶闸管过零驱动电热器（电源电压为AC220V）。温度传感器为热敏电阻。24.题目：电热水器的智能温控仪表设计功能要求：电热水器由800W电炉丝加热，最高温度为100C。电热水器的温度可以设置，恒温控制过程为设置的温度，温度控制误差2C。可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度5C时发出报警采用AT89S51单片机和12Hz的晶振；采用温度/
27、频率转换测温法，传感器为热敏电阻。 采用比例控制、并用晶闸管移相驱动800W电热器（电源电压为AC220V）。25.题目：加热炉的智能温控仪表设计功能要求：加热炉由2kW电炉丝加热，最高温度为150C。加热炉的温度可以设置，恒温控制过程为设置的温度，温度控制误差2C。可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度5C时发出报警采用STC89C51单片机和12Hz的晶振； 采用比例控制、并用晶闸管移相驱动电热器（电源电压为AC220V）。采用温度/频率转换测温法，传感器为热敏电阻。26.题目：反应器的智能温控仪表设计功能要求：反应器由800W电容器加热，最高温度为100C
28、。反应器的温度可以设置，恒温控制过程为设置的温度，温度控制误差1C。可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度2C时发出报警采用STC89C51单片机和12Hz的晶振； 采用位式控制、并用晶闸管过零驱动电加热器（电源电压为AC220V）。传感器为热敏电阻。27.题目：电烤箱的智能温控仪表设计功能要求：电烤箱由1kW电炉丝加热，最高温度为135C。电烤箱的温度可以设置，电烤过程恒温控制为设置的温度，温度控制误差1C。可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度3C时发出报警采用AT89S51单片机和12Hz的晶振；采用AD590温度传感器 。
29、采用位式控制、并用晶闸管过零驱动1000W电加热器（电源电压为AC220V）。28.题目：烘干箱的智能温控仪表设计功能要求：烘干箱由电加热器加热，最高温度为120C。烘干箱的温度可以设置，电烤过程恒温控制为设置的温度，温度控制误差2C。可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度5C时发出报警采用STC89C51单片机和12Hz的晶振；采用AD590温度传感器 。采用比例控制、并用晶闸管移相驱动电加热器（电源电压为AC220V）。 29.题目：快式热水器的智能仪表设计功能要求：用两位数码管显示出水温度。水温范围为：0099C，检测和显示的精度为1C。设置5个功率档位指
30、示灯：12档，一个灯亮；34档，两个灯亮；56档,3个灯亮；78档,4个灯亮；9档，5个灯亮。0档无功率输出，档位灯不亮。设置3个按钮，分别为电源开关键、加键和减键。加热功率分为09档，按加键依此递增至9档；按减键依此递减至0。09档功率依次为0、1/9P、2/9P、3/9P、4/9P、5/9P、6/9P、7/9P、8/9P、P。出水温度超过80C时停止加热，并蜂鸣报警；温度降到50C时，开始加热。采用比例控制、并用晶闸管移相驱动电加热器（电源电压为AC220V）。 采用温度/频率转换测温法，传感器为热敏电阻。采用89S51单片机。30.题目：育苗室的智能温控仪表设计功能要求：为了春季早栽种，
31、采取冬季温室育苗。温室用电热器来取暖。用智能温控仪表保持室温在一定温度，控制误差2C。可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度5C时发出报警采用STC89C51单片机和12Hz的晶振； 采用比例控制、并用晶闸管移相驱动电热器（电源电压为AC220V）。温度传感器为热敏电阻。31.题目：电热水器的智能温控仪表设计功能要求：电热水器由800W电炉丝加热，最高温度为100C。电热水器的温度可以设置，恒温控制过程为设置的温度，温度控制误差1C。可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度3C时发出报警采用STC89C51单片机和12Hz的晶振；采用AD590温度传感器 。采用位式控制、并用晶闸管过零驱动800W电热器（电源电压为AC220V）。32.题目：加热炉的智能温控仪表设计功能要求：加热炉由2kW电炉丝加热，最高温度为150C。加热炉的温度可以设置，恒温控制过程为设置的温度，温度控制误差1C。可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1C。当实际温度超出设置温度5C时发出报警采用AT89S51单片机和12Hz的晶振；采用AD590温度传感器 。采用位式控制、并用晶闸管过零驱动电热器（电源电压为AC220V）。