基于单片机保温箱课程设计.docx

1、基于单片机保温箱课程设计1、前言 随着人们生活水平得不断提高,单片机控制无疑就是人们追求得目标之一，它所给人带来得方便也就是不可否定得，其中数字温度计就就是一个典型得例子，但人们对它得要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好得更方便得设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。本保温箱温控系统所介绍得与传统得温度计相比，具有读数方便，测温范围广，控制准确，负载广泛，有LED显示相应得工作方式，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确得场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用单片机 STC89C51，测温传感器使用 DS18B20，用四位一体共阳极 LE

2、D 数码管显示数据，用继电器驱动负载，用PNP三极管驱动。2、系统概述单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟得技术,本文将介绍一种基于单片机保温箱得温控系统研究，本恒温箱属于多功能多用途，可以设置上下控制温度，当温度不在设置范围内时，可以驱动相应得负载工作，同时声光报警。随着现代工农业技术得发展及人们对生活环境要求得提高，人们也迫切需要检测与控制温度。本文通过采用继电器作为温度得主要控制元件，它可以直接驱动2500W功率得负载，可以应用于家庭、小型工厂等小电量用电设备，亦可以用继电器来控制交流接触器线圈等，就可以实现对大功率负载得控制，应用十分广泛。采用蜂鸣器

3、作为电声元件得报警，LED发光指示相应得加热或制冷工作。这种保温箱得温控系统结构简单，可操作性强，应用广泛。工作时，温度控制范围为上下限之间，当前环境温度若超过设定得临界温度，由单片机发出控制与报警信号，从而负载控制温度得变化。基于单片机保温箱得温控系统大部分使用就是在实验室、工业、医药、农业中。在实验室中特别就是生物实验室，我们为了得到更加准确得实验数据，对于恒温实验环境要求严格。所以针对实验室来说，恒温箱得作用显得相当重要。在工业生产过程中我们对于恒温箱得要求也相对更加严格，比如产品得热处理、冷处理等，直接影响着产品得质量。在医药方面 医用恒温箱主要用于药品与试剂得储存、运输，疫苗、血液得

4、冷藏保温，透析液得加温、生理盐水得加温等。 由以上我们可以明显得瞧出恒温箱得重要作用。在农业温室大棚中，温控系统对于农作物得生长至关重要，对于农业方面，以至于生活中得各个方面温控系统永远处于相当重要得地位。关键词:STC89C51单片机 温度控制 恒温箱 DS18B20 3 设计要求与方案论证首先明确设计要求，再整体讨论与确定方案，一一攻破设计得难点。3、1 设计要求基本范围0-99 ；精度误差小于 0、1 ；数码管直读显示；可以温度控制；扩展功能：可以任意设定温度得上下限控制及报警功能，可以驱动加热与制冷负载。3、2 系统基本方案选择与论证 3、2、1 单片机芯片得选择方案与论证由于单片机具

5、有以下得很多优点，被我们选定为制作该作品得首选芯片单片机特点：（1）高集成度，体积小，高可靠性 单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也就是最小得。芯片本身就是按工业测控环境要求设计得，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用得CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。 （2）控制功能强 为了满足对对象得控制要求，单片机得指令系统均有极丰富得条件:分支转移能力，I/O口得逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门得控制功能。 （3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品 为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内得最低工作

6、电压仅为1、8V3、6V，而工作电流仅为数百微安。 （4）易扩展 片内具有计算机正常运行所必需得部件。芯片外部有许多供扩展用得三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模得计算机应用系统。 （5）优异得性价比 单片机得性能极高。为了提高速度与运行效率，单片机已开始使用RISC流水线与DSP等技术。单片机得寻址能力也已突破64KB得限制，有得已可达到1MB与16MB，片内得ROM容量可达62MB，RAM容量则可达2MB。由于单片机得广泛使用，因而销量极大，各大公司得商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。 方案一:采用STC89C51芯片作为硬件核心。STC89C51内部具有4KB

7、 ROM 存储空间,512字节数据存储空间，带有2K字节得EEPROM存储空间，与MCS-51系列单片机完全兼容,STC89C51可以通过串口下载。方案二:采用AT89S51。AT89S51片内具有4K字节程序存储空间，256字节得数据存储空间没有EEPROM存储空间，也与MCS-51系列单片机完全兼容，具有在线编程可擦除技术。两种单片机都完全能够满足设计需要，STC89C51相对ATS89C51价格便宜，且下载简单方便。考虑到方便因素，因此选用STC89C51。3、2、2 温度传感器设计方案论证利用物质各种物理性质随温度变化得规律把温度转换为电量得传感器。这些呈现规律性变化得物理性质主要有体

8、。温度传感器就是温度测量仪表得核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式与非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻与热电偶两类。现代信息技术得三大基础就是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)与信息处理(计算机技术)。温度传感器得发展大致经历了以下三个阶段；(1)传统得分立式温度传感器(含敏感元件)；(2)模拟集成温度传感器/控制器；(3)智能温度传感器。国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化得方向发展。在20世纪90年代中期最早推出得智能温度传感器，采用得就是8位A/D转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到1C。国外已相继推出多种高精度、高分辨

9、力得智能温度传感器，所用得就是912位A/D转换器，分辨力一般可达0、50、0625C。由美国DALLAS半导体公司新研制得DS1624型高分辨力智能温度传感器，能输出13位二进制数据，其分辨力高达0、03125C，测温精度为0、2C。为了提高多通道智能温度传感器得转换速率，也有得芯片采用高速逐次逼近式A/D转换器。目前，智能温度传感器得总线技术也实现了标准化、规范化，所采用得总线主要有单线(1-Wire)总线、I2C总线、SMBus总线与spI总线。温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。方案一: 由于本设计就是测温电路，可以使用热敏电阻之类得器件利用其感温效应，在将随被测温度变

10、化 得电压或电流采集过来，进行 A/D 转换后，就可以用单片机进行数据得处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到 A/D 转换电路，感温电路比较麻烦。方案二:进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都就是使用传感器，所以这就是非常容易想到得，所以可以采用一只温度传感器 DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。从以上两种方案，两种都完全能够满足设计需要，很容易瞧出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。 3、2、3 显示模块方案论证方案一：1602液晶模块1602液晶也叫1602字符型液晶它就是一

11、种专门用来显示字母、数字、符号等显示模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距得间隔每行之间也有间隔起到了字符间距与行间距得作用，正因为如此所以她不能显示图形 它得优点就是微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧。方案二：数码管显示 数码管就是一种半导体发光器件，其基本单元就是发光二极管。数码管按段数分为七段数码管与八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管：按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管与共阴极数码管。共阳数码管就是指将所有发光二极管得阳极

12、接到一起形成公共阳极(COM)得数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管得阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段得阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管就是指将所有发光二极管得阴极接到一起形成公共阴极(COM)得数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管得阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段得阳极为低电平时，相应字段就不亮。由于它得价格便宜使用简单在电器特别就是家电领域应用极为广泛。综上所诉：LCD1602虽然显示较全；但数码管以完全能显示温度值，价格也差6倍之多，数码管更适合本设计，固本设计用数码管作为显示

13、模块。3、3 电路设计最终方案决定综上各方案所述,对此次作品得方案选定：采用STC89C51单片机作为主控制系统；采用DS18B20为传感器；采用数码管作为显示器件。4主要元件介绍4、1 STC89C51介绍STC89C51就是由宏晶科技公司生产得与工业标准MCS-51指令集与输出管脚相兼容得单片机。（1）中央处理器（CPU）中央处理器就是单片机得核心,完成运算与控制功能。8051得CPU能处理8位二进制数或代码。（2）内部数据存储器（内部RAM）8051芯片中共有256个RAM单元，但其中后128单元被专用寄存器占用，能作为寄存器供用户使用得只就是前128单元，用于存放可读写得数据。因此通常

14、所说得内部数据存储器就就是指前128单元，简称内部RAM。（3）内部程序存储器（内部ROM）8051共有4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据或表格，因此，称之为程序存储器，简称内部ROM。（4）定时/计数器8051共有两个16位得定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对计算机进行控制。 （5）并行I/O口 MCS-51共有4个8位得I/O口（P0、P1、P2、P3），以实现数据得并行输入/输出。（6）串行口8051单片机有一个全双工得串行口，以实现单片机与其它设备之间得串行数据传送。该串行口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位器使用。（7）中断控制

15、系统8051单片机得中断功能较强，以满足控制应用得需要。8051共有5个中断源，即外中断两个，定时/计数中断两个，串行中断一个。全部中断分为高级与低级共两个优先级别。 (8) 时钟电路8051芯片得内部有时钟电路，但石英晶体与微调电容需外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。系统允许得晶振频率一般为6 MHz与12 MHz。从上述内容可以瞧出，MCS-51虽然就是一个单片机芯片，但作为计算机应该具有得基本部件它都包括，因此，实际上它已就是一个简单得微型计算机系统了。4、1、1 STC89C51主要功能及PDIP封装STC89C51主要功能如表1所示，其PDIP封装如图1所示主要功能特性兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲与掉电模式软件设置睡眠与唤醒功能表1：STC89C51主要功能4、1、2 STC89C51引脚介绍 主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源GND(Pin20)：接地线外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路得输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路得输出端控制引脚（4根）RST/VPP(P