恒温箱修改版.docx

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恒温箱修改版

西南科技大学

计算机控制系统设计报告

设计名称：

恒温箱温度计算机控制系统设计

姓名：

孙兰

学号:

20121856

班级：

自动1201班

指导教师：

聂诗良

起止日期：

2015.9.15--2012.12.15

西南科技大学信息工程学院制

设计任务书

学生班级：

自动1201学生姓名：

孙兰学号：

20121856

设计名称：

恒温箱温度计算机控制系统设计

起止日期：

9月15日——12月25日指导教师：

聂诗良

设计要求：

（1）温度采集传感器采用热电阻或热电偶，或一体化数字温度传感器DS18B20。

（2）控制灯泡亮度或发热量，采用继电器开关控制或用可控硅平滑控制。

（3）采用单片机或PLC作为控制器。

（4）采用LED或LCD或PC机的液晶显示器作为显示器，同时显示给定温度和实际温度。

（5）采用自制按键或PC机的键盘作为温度给定值输入。

（6）恒温箱实际温度达到给定值时（误差要求±1℃）需声光提示，声音时延5秒后停止。

（7）恒温箱最高温度≤60℃。

（8）系统操作流程是：

1）确认系统各硬件连线就绪，无安全隐患；

2）系统上电；

3）设置温度给定值后，启动系统工作，系统进入温度自动控制工作状态。

4）系统工作完毕后，若不需系统工作，则可关闭系统电源，查看并确保系统无安全隐患后可离开。

恒温箱温度计算机控制系统设计

摘要：

本设计的温度测量及加热控制系统以AT89S52单片机为核心部件，外加温度采集电路、键盘及显示电路、加热控制电路和越限报警等电路。

采用单总线型数字式的温度传感器DS18B20，及行列式键盘和动态显示的方式，以容易控制的固态继电器作加热控制的开关器件。

本作品既可以对当前温度进行实时显示又可以对温度进行控制，以使达到用户需要的温度，并使其恒定在这一温度。

人性化的行列式键盘设计使设置温度简单快速，两位整数一位小数的显示方式具有更高的显示精度。

建立在模糊控制理论上的控制算法，使控制精度完全能满足一般社会生产的要求。

通过对系统软件和硬件设计的合理规划，发挥单片机自身集成众多系统级功能单元的优势，在不减少功能的前提下有效降低了硬件成本，系统操控简便。

关键词：

单片机；恒温控制；模糊控制

Thedesignofincubatortemperature

computercontrolsystem

Abstract:

ThedesignofthetemperaturemeasurementandheatingcontrolsystemstoAT89S52microcontrollercorecomponent,plusthetemperatureacquisitioncircuit,keyboardanddisplaycircuit,heatingcircutaltemperaturesensorDS18B20,andthedeterminantofthekeyboardanddynamicdisplayinordertoeasilycontrolthesolid-staterelaysforheatingcontroloftheswitchingdevice.Thisworksbothonthecurrenttemperatureinreal-timedisplayoftemperaturecanbecontrolledinordertoenableuserstoreachtherequiredtemperature,andmakeitconstantatthistemperature.HumanizeddesignkeyboarddeterminanttemperatureeasyExpress,thetwodecimalinteger,adisplayshowsahigheraccuracy.Setupinthefuzzycontroltheory,controlalgorithms,sothatthecontrolaccuracycanmeetthegeneralrequirementsofsocialproduction.Throughthesystemsoftwareandhardwaredesignofrationalplanning,exerttheirownsingle-chipintegrationofmanysystem-levelfunctionalunitoftheadvantages,doesnotreducethefunctionsatthepremiseofeffectivelyreducingthecostofhardware,thesystemeasytomanipulate.

Keywords:

microcontroller,temperaturecontrol,fuzzycontrol

一、设计目的和意义

1.1概述

利用AT89S52对温度进行控制，采用单总线传输方式读取DS18B20当前温度值并用龙丘小液晶显示，使用按键更改设定温度，使用PID算法控制箱体温度到一个恒定值，这样一个控制系统涵盖了以计算机控制系统课程为核心的单片机原理及应用、自动控制原理等相关课程知识，提供了真正将理论课程所学的知识应用于实践的平台。

从硬件的搭建到软件算法的探索都需要扎实的理论基础。

在涉及光耦驱动晶闸管电路的设计过程中还考察了器件选型的重要性，对于箱体的设计还考察了学生对于实际的考虑。

整个设计过程需要工程的思想，正是迎合了我自动化专业优秀学生所必须具备的知识与能力！

1.2设计要求

（1）温度采集传感器采用热电阻或热电偶，或一体化数字温度传感器DS18B20。

（2）控制灯泡亮度或发热量，采用继电器开关控制或用可控硅平滑控制。

（3）采用单片机或PLC作为控制器。

（4）采用LED或LCD或PC机的液晶显示器作为显示器，同时显示给定温度和实际温度。

（5）采用自制按键或PC机的键盘作为温度给定值输入。

（6）恒温箱实际温度达到给定值时（误差要求±1℃）需声光提示，声音时延5秒后停止。

（7）恒温箱最高温度≤60℃。

（8）系统操作流程是：

1）确认系统各硬件连线就绪，无安全隐患；

2）系统上电；

3）设置温度给定值后，启动系统工作，系统进入温度自动控制工作状态。

4）系统工作完毕后，若不需系统工作，则可关闭系统电源，查看并确保系统无安全隐患后可离开。

二、系统的总体结构

2.1总体方案设计

系统整体框图如下图：

图1系统原理总框图

上面的系统总体框图中，该系统中微控制器采用AT89S52单片机小系统，温度显示采用LCD1602液晶显示模块、声光报警器模块、DS18B20温度采集模块、键盘输入设定温度模块、继电器驱动模块。

2.2温度控制方案选择

该温度控制系统的控制对象是箱体内的温度，但是温度这个量的控制必须借助其他产热原件才能实现。

经过多方调查，我总结到可行又比较简单的方案大体都是使用灯泡发光产热来改变箱体内温度，控制灯泡产热的方案分别如下所述：

方案一：

采用继电器作为程控开关，控制灯泡的开或关，进而控制其产热。

这种方案简单易行，但是继电器控制的频率一般只有10Hz左右，不能在50Hz交流电的每个周期都控制灯泡开关一次，也就是只能控制灯泡的亮或灭，不能调节灯泡的亮度。

方案二：

采用开关器件晶闸管作为控制灯泡亮度的执行部件，由于晶闸管的开关速度可以达到很快，因而可以控制灯泡的亮度。

由于本装置要求控制调节控制温度的精度要达到1°C，用继电器方案也可以达到要求，但是不能实现平滑控制灯泡发热量的要求。

为了能够平滑控制灯泡亮度，最终选定使用晶闸管控制方案，即方案二。

2.3主控芯片的选择

对于本系统这样一个典型而又全面的控制系统来说，用八位的52单片机或者AVR单片机就可以满足控制要求。

方案一：

采用52系列单片机，有两个外部中断口、3路定时器、4路8位I/O口，资源丰富，编程简单。

方案二：

使用AVR系列的ATMEGA16单片机，除了拥有一般的中断、定时、输入输出功能外，还有PWM输出功能，JTAG等外加功能，但是需要烧写熔丝位，编程相对复杂些，而且价格要高出好多。

综合考虑到价格因素以及资源需求，最终选定AT89S52单片机作为主控芯片。

2.4液晶显示方案选择

方案一：

使用的最为广泛的方案也就是使用1602字符型液晶显示器，该液晶价格便宜，编程简单，但是只能显示两行16个字符以内的英文字符。

方案二：

使用龙丘小液晶，分辨率128*64，可以显示不同大小的汉字和字符，功耗很低，采用3.3V供电。

由于本系统使用便宜的7805线性稳压芯片供电，其发热功率与输入与输出电压差以及负载电流的大小乘积正相关。

所以采用LCD1602字符型液晶继电器，选择方案一。

三、系统模块设计

3.1AT89S52单片机小系统模块设计

3.1.1AT89S52单片机简介

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

AT89S52具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

3.1.2单片机最小系统电路

单片机工作的基本要求包括必要的5V电源（40引脚），接地（20引脚），晶振电路（18、19引脚），复位电路（9引脚）以及使用内部存储器需要给31脚接高。

图2AT89S52最小系统电路图

3.2DS18B20温度采集模块设计

3.2.1DS18B20简介

DS18B20数字温度计是Dallas公司生产的1－Wire器件，即单总线器件。

与传统的热敏电阻有所不同，DS18B20可直接将被测温度转化成串行数字信号，以供单片机处理，具有连线简单、微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、精度高等特点。

因此用它来组成一个测温系统，具有电路简单，在一根通信线上可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。

目前已被众多行业进行广泛的运用（锅炉、温控表粮库、冷库、工业现场温度监控、仪器仪表温度监控、农业大棚温度监控等）。

通过编程，DS18B20可以实现9～12位的温度读数。

3.2.2温度检测部分电路

温度检测部分很简单，因为信息经过单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出，因此从微处理器到DS18B20仅需连接一条信号线和地线就可以正常工作，这里我还是给它接入了电源线。

图3温度检测部分电路

3.3LCD1602液晶显示器显示模块设计

该款液晶显示器与单片机通信属于串行口数据通信方式，可以直接与单片机引脚连接，接受5V电平逻辑。

图4小液晶连接电路

3.4键盘输入温度设定模块设计

为了简便