单片机恒温箱的设计.docx

《单片机恒温箱的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机恒温箱的设计.docx（48页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、单片机恒温箱的设计目录弓I言1第1章蒯21.1 课题研究的背景21.2 课题研究的意义21.3 课题研究的内容2第2章智能恒温箱的系统概述42.1 系统的主要功能42.2 系统需求分析52.3 智能恒温箱的工作流程52.4 恒温箱的工作过程72.5 本章小结7第3章智能恒温箱的硬件设计83.1 硬件的电路设计概述83.2 总体硬件原理图83.3 时钟电路设计103.4 复位电路设计103.5 显示电路的设计113.5.1 显示电路概述113.5.2 七段LED数码管的原理113.5.3 显示电路整体设计133.6 开关键盘设计143.6.1 指拨开关143.6.2 按键开关143.7 指示灯电

2、路153.8 温度采集电路163.9 本章小结19第4章软件设计204.1 软件任务分析204.2 程序流程图204.3 本章小结25结论与展望26致谢27参考文献28附录APROTUES仿真图29硬件原理图30附录B一篇引用的外文文献及其译文3180C5133附录C主要参考文献题录及摘要37附录D主要源程序39插图清单图2-1系统主要功能模块方框图4图2-2恒温箱工作流程6图3-1总体硬件原理图9图3-2外部振荡电路10图3-3硬件复位电路11图3-4一位共阴极数码管引脚图12图3-5显示电路13图3-6开关电路14图3-7按键抖动电压波形15图3-9温度指示灯电路16图370温度采集电路1

3、6图4T主程序流程图21图4-2温度设定子程序流程图22图4-3温度采集计算子程序流程图23图4-4温度比较处理子程序流程图24图4-5温度显示子程序流程图24表格清单引言温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域，如家电、汽车、材料、电力电子等，常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同，在工业企业中，如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题，开发出性能较好的温度控制系统对于测控技术的发展具有很大的意义。采用数字温度传感器DS18B20,因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数

4、字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行多范围的温度检测。由于单片机功能强大，可大大加快系统的开发与调试速度，并具有控制方便、简单、灵活等特点，因此本设计硬件电路以80C51单片机为核心来实现温度控制,具有实用性强、可靠性强等特点。第1章绪论1.1 课题研究的背景二十一世纪是科技高速发展的信息时代，电子技术、微型单片机技术的应用更是空

5、前广泛，是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的。由于它具有体积小、功能强、性价比高等特点，所以广泛应用于电子仪表、家用电器、节能装置、军事装置、机器人、工业控制等诸多领域，使产品小型化。智能化，既提高了产品的功能和质量，又降低了成本，简化了设计。它迅猛的发展到了各个领域，人们也越来越感到应用单片机技术的优越性，因而单片机也得到了广泛的应用。同时，它也不断地完善和发展。智能恒温箱的温度是医疗、工业生产和食品加工等领域的关键，因此对温度的测量及控制始终占据着重要的地位。市场上常见的温度传感器以电压输出为主要形式，不同的的传感器其非线性曲线也各不相同，缺乏一个产品应具备的通用性和互换性。温度传感器

6、应用范围很广、使用数量很大，但是在常规的环境参数中由于温度受其它因素影响较大，而且难以校准，因此，温度也是最难准确测量的一个参数。常规方法测量温度误差大、准确度低、测量滞后的时间长。今年来，国内传感器正向着集成化、智能化、网络化和单片机的方向发展，为开发新一代温度测量系统创造了有利条件。在智能恒温箱控制系统的设计中，用数字传感器将温度信号以数字信号的方式传送给单片机，经单片机处理后的温度数值，一方面送LED数码管显示；另一方面与给定值经行比较，判断温度高低，从而采取相应的措施：加热或者制冷。使温度达到设定值。智能恒温箱主要是用来控制温度，他为农业研究、生物技术、测试提供所需的各种环境模拟条件，

7、因此可广泛适用于药物、纺织、食品加工等无菌试验、稳定性检查以及工业产品的原料性能、产品包装、产品寿命等测试。随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控制对象控制日益广泛，具有体积小、功能强、性价比高等特点，把单片机应用于温度控制系统中可以起到更好的控温作用，智能恒温箱是使用单片机进行温度控制的典型应用，采用单片机做主控单元可完成对温度的采集和控制等的要求。1.2 课题研究的意义智能恒温箱的性能在很大程度上取决于对温度的控制性能，本课题采用单片机为主控制器，通过数字传感器测得箱内温度，再将温度信号送入主控制器，来完成恒温箱的温度控制系统的硬件。箱内温度可保持在设定的温度范围内，当设置的温度低于实

8、时温度时，单片机送出加热信号；当设置的温度低于实时温度时，单片机送出制冷信号。1.3 课题研究的内容本次课题只设计温度采集，温度显示，和温度控制信号的送出部分，对于如何保温，如何加热和制冷不在此次设计的范围内。本系统采用模块化设计智能恒温箱，系统上电后默认设定的恒温温度为20C,使用时可以自行调节预期的恒温温度，调节范围为099。调节好后系统会将采集来的实时温度与设定的预期温度进行比较，如果实时温度比设定温度高就开启制冷设备，如果实时温度比预期温度低就开启加热设备。如果温度一样则不开启加热或制冷设备。在显示电路上通常显示的是实时的温度，即传感器采集来的温度，如果想要显示人们设定的预期温度可以按

9、显示切换键，这时显示器上就会显示预期温度，几秒钟后跳回，显示实时温度。显示实时温度时，表示显示的是实时温度的发光二极管点亮。而显示预期温度的时候，表示显示的是预期温度的发光二极管点亮。本论文章节的结构和内容如下：第一章：绪论。简要介绍了智能恒温箱的发展现状，说明了课题研究的内容。第二章：智能恒温箱的概述。说明了恒温箱的工作过程和主要功能，介绍了设计中需要用的单片机的基础知识，确定了本课题要达到的设计目标。第三章：智能恒温箱的硬件电路设计。详细描述了本课题各个组成电路单元的设计。第四章：智能恒温箱的软件设计。编写程序。第五章：总结。总结本次设计，指出设计中的一些问题，提出改善意见，并展望未来的设

10、计。第2章智能恒温箱的系统概述2.1 系统的主要功能本系统是借用单片机采用模块化设计的智能恒温箱，包括温度设定按钮，温度显示，温度调节，实时温度显示和预定温度显示转换按钮，温度采集等（根据需要也可另设或者多设相关功能）。显示系统除了显示实时的温度还能显示设定的温度，也就是人们想要保持的温度。系统的主要功能模块方框图如图2-1所示。2位七段数码管显示图2-1系统主要功能模块方框图本系统是采用模块化设计的智能恒温箱，在生活中有广泛的应用，系统上电后默认设定的恒温温度为20C,使用时可以自行调节预期的恒温温度，调节范围为099。调节好后系统会将采集来的实时温度与设定的预期温度进行比较，如果实时温度比

11、设定温度高就开启制冷设备，如果实时温度比预期温度低就开启加热设备。如果温度一样则不开启加热或制冷设备。在显示电路上通常显示的是实时的温度，即传感器采集来的温度，如果想要显示人们设定的预期温度可以按显示切换键，这是显示器上就会显示预期温度，几秒钟后跳回，显示实时温度。显示实时温度时，表示显示的是实时温度的发光二极管点亮。而显示预期温度的时候，表示显示的是预期温度的发光二极管点亮。单片机整个恒温箱的核心，内部电路设计用汇编语言编写。它完成了温度参数设定，温度采集计算，温度显示，温度比较，温度调节等功能。系统需求分析1.在使用中可以将采集来的温度数据计算转换为我们熟悉的摄氏温度。2 .在099C的范

12、围内，人们可以自由调节预期达到的温度o3 .可以将实时温度与预期温度进行比对，以正常调节温度。4 .将设定的预期温度和实时温度能显示出来。5 .通常显示实时温度，当按下显示切换键后能显示几秒钟的预期温度。2.3智能恒温箱的工作流程智能恒温箱的基本工作原理：在使用恒温箱时，系统会将从温度传感器采集来的温度转化为摄氏度的形式，与事先设定的预期温度进行比对，然后根据比对的结果采取相应的措施（加热，或制冷）来不断地接近以至于达到预期的温度。并且系统能够显示实时的温度和设定的预期温度。恒温箱的工作流程如图2-2所示：加载程序运行不进行温度设进入温度设定定温度加温度减温度采集与计算图2-2恒温箱工作流程2

13、.4恒温箱的工作过程1.设定预期温度。如果想调节预期的温度，先闭合“温度设定”开关，进入调节状态，此时会显示设定的温度值，如果想加一摄氏度就按下“加1C”键，如果想减一摄氏度就按一下“减键，温度LED显示器上会显示改变后的温度，调整范围为099。0时再减1会跳到99C,99C时再加会跳到OoCo要退出调节状态，断开“温度设定”开关即可。2 .温度采集和计算。单片机通过与温度传感器进行通信，获取实时温度信息，并将所获取的温度信息数据转化为摄氏温度的形式存储起来。3 .温度比较和温度调节。将存储的实时摄氏温度与设定的预期温度经行比较。如果实时温度高于设定温度，则开启制冷器；如果实时温度低于设定温度

14、，则开启加热器。4 .实时温度显示。将存储的实时温度显示在LED数码管上。5 .设定温度显示。若想查看设定的预期温度，则需按下“温度显示切换”按键，然后LED显示器就会显示设定预期的温度，显示时间为数秒，跳出预期温度的显示。若再想查看预期温度显示需再次按下“温度显示切换”按键。总而言之，本课题利用80C51单片机及外围接口实现的温度控制系统设计了恒温箱，该恒温箱提高了系统的可靠性，简化了电路结构，节约了成本，是一个实用的工程设计。2.5本章小结本章主要讲述了恒温箱的工作原理和本设计系统的工作流程。在说明工作原理的过程中，突出了电路的组成单元以及这些单元如何实现温度采集和温度控制等功能。在说明系

15、统流程时，结合本设计的内容，指出了参数设置的方法和意义。第3章智能恒温箱的硬件设计3.1硬件电路设计概述本设计分为硬件设计和软件设计，这两者相互结合，不可分离：从时间上看，硬件设计的绝大部分工作量是在最初阶段，到后期往往还要做一些修改。只要技术准备充分，硬件设计的大量返工是比较少的，软件设计的任务是贯彻始终的，到中后期基本上都是软件设计任务，随着集成电路计数器的飞速发展，各种功能很强的芯片不断出现，使硬件电路的集成度越来越高，硬件设计的工作量在整个项目中所占的比重逐渐下降，为使硬件电路设计尽可能合理，应注意以下几个方面：1.尽可能采用功能强的芯片，以简化电路。功能强的芯片可以代替若干个普通芯片，随着生产工艺的提高，新型芯片的价格在不断下降，并不一定比若干个普通芯片价格总和高。2 .留有设计余地。在设计硬件电路时，要考虑到将来修改扩展的方便。因为3 .程序空间。选用片内程序空间足够大的单片机，本设计采用80C51单片机。4 .RAM空间，80C51单片机内部RAM不多，当要增强软件数据处理功能时，往往觉得不足。如果系统配置了外部RAM,则建议多留