基于单片机的恒温箱专业课程设计.doc

成都理工大学工程技术学院

《恒温箱控制系统》
课程设计报告

系别： 自动化工程系

专业： 自动化

姓名： 杜 亮

学号： 20307202

6月16日

摘要
温度测量与控制在工业、农业、国防等行业有着广泛应用。随着微电子技术发展，各种高性能半导体集成温度传感器，在温度测控领域得到了极为广泛应用。恒温箱智能控制系统是用半导体温度传感器做测温器，用单片机控制温度平衡，最后达到恒温目。
本文对系统所能实现功能做了简朴简介，并简朴简介了系统使用51单片机性能和发展状况；同步对DS18B20做了简介。
本文重点简介了系统硬件分析与设计，对硬件各某些电路一一进行了简介。绘制了电路原理图，并进行了电路焊接，完毕了系统硬件调试。依照硬件设计和系统所要实现功能，本设计对软件也进行了设计，并通过重复模仿运营、调试，完毕了系统软件设计，最后形成了一套完整智能温度控制系统。

核心词 ：温度平衡 DS18B20 51单片机

目录
摘要 - 1 -
目录 - 2 -
前言 - 3 -
1 系统设计分析 - 4 -
1.1 设计题目规定 - 4 -
1.2 设计方案选取 - 4 -
2 硬件电路设计 - 5 -
2.1 硬件电路设计 - 5 -
2.1.1 传感器 - 5 -
2.1.2 温度传感器DS18B20 - 6 -
2.1.3 LED数码管显示电路 - 6 -
2.2 硬件总电路图 - 7 -
3 程序设计 - 7 -
3.1 程序设计简介 - 7 -
3.2 程序编写 - 7 -
4 总结 - 14 -

前言
近年来为了保证产品质量，各个行业行为规范就越来越高，众多机械类、医药类、化工类、建筑类等工业和公司都离不开恒温箱使用；为了保证恒温箱许多重要技术指标可以达到国家技术所规定规定，必要对其进行检测，保证产品质量[1]。本系统所设计、研发数字恒温箱能非常好地解决这些问题。
温度控制系统是自动控制系统较为复杂控制，其控制滞后性是整个系统中最难克服难题，由于温度变化是纯滞后环节，而温度控制也是一种惯性大，应变慢控制对象[2]。在温度控制系统中普通用到是较为先进控制系统理论和控制算法。本系统中采用了PID算法，其算法应用到了系统软件设计中，对整个加热过程使用模糊PID控制方案，对于加热过程中所产生各种干扰和恒温箱惯性问题都进行了分析[3]。
恒温箱智能控制系统采用半导体集成温度传感器满足温度测量规定，温度传感器将采集温度信号转换成电流信号，然后再由转换电路将电流信号转换为电压信号，通过放大电路和模/数转换芯片将电压信号转换成数字信号，由单片机解决后，将测量得到温度值显示于液晶显示屏上。系统所有输入输出控制集中由单片机统一管理,各关于运营参数设定，可通过键盘输入，设定温度、箱温实时值在液晶显示模块上显示，操作以便。
该系统具备实时温度显示和温度设定功能，还具备温度上、下限报警和自动控制功能。当温度高于或低于设定值一定限度时，发出生光报警，消除由于单片机系统意外失控所导致危险，提高了恒温箱工作可靠性和使用安全性。
设计任务为：用单片机设计一种控制温度范畴在30℃～80℃智能温度控制系统。设计规定：完毕该系统软硬件设计，学习掌握单片机采集测控系统设计办法，提高学习新知识、新技能能力，培养独立设计能力。

1 系统设计分析
1.1 设计题目规定
依照《计算机控制技术》课程知识点，设计一种基于单片机恒温箱控制系统。设计任务书规定设计一种以8088CPU或PC总线为核心，以AI、DI和AO、DO通道为重要接口，外配LED显示、键盘操作以及涉及传感变送器及执行器小型计算机控制系统。在Proteus下仿真进行验证。
1.2 设计方案选取
本设计目在于使箱内有一种恒温环境，当温度过高时要使温度可以减少，当温度过低时要使温度可以升高。温度传感器DS18B20是“一线总线”接口，且可以直接读出被测温度，测温范畴大，因而选取DS18B20来采集温度。半导体制冷片是用直流电流使其运转，可以持续工作，且既有加热和制冷两种功能，使用两个继电器变化半导体电流方向以实现加热（制冷）工作。显示方面则选用LCD1602,可以显示英文及数字，质量轻，耗电小，并且显示内容多。整个系统选取由STC89C51最小系统控制，STC89C51系列单片机具备强抗干扰、高速、低功耗功能，且指令代码完全兼容老式8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选取。
2 硬件电路设计
2.1 硬件电路设计

图2.1系统总体框图

2.1.1 传感器
温度采集器件使用温度传感器，温度传感器涉及热电偶、热敏电阻、RTD和IC温度传感器等几种，本设计中采用DS18B20温度传感器，该温度传感器应用时不需要任何外部器件即可实现测温电路，只通过一条数据线即可实现通信，精度可达到0.0625℃，测量温度可从-55℃~+125℃，且内部设有温度上、下限告警功能。设计如图2.2所示：

图2.2 DS18B20温度传感器

2.1.2 温度传感器DS18B20
温度传感器DS18B20是数字式温度传感器，是一种改进型只能温度传感器，“一线总线”接口，相对于老式温度传感器精度高、稳定性好、电路简朴、控制以便。能直接读出被测温度，并且可依照实际规定通过简朴编程实现9~12位数字值读数方式。DS18B20性能特点：①．可通过数据线供电，电压范畴：3.0~5.5V；②．测温范畴：-55~+125℃；③．不必外部器件，独特单线接口仅需要一种端口引脚进行通信；④．各种DS18B20可以并联在唯一三线上，实现多点组网功能；⑤．零待机功耗；⑥．顾客可定义非易失性温度报警设立；⑦．报警搜索命令辨认并标志超过程序限定温度（温度报警条件）器件；⑧．可编程辨别率为9~12位，相应可辨别温度分别为0.5℃0.25℃、0.125℃和0.0625℃；⑨．负压特性：电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。DS18B20引脚图和内部构造分别如图2.3所示：

图2.3 DS18B20封装图
2.1.3 LED数码管显示电路
显示方式可选取LED数码管，也可选取字符型LCD显示。本设计采用共阳极LED数码管显示，LED数码管价格便宜，电路简朴，质量轻，可以显示简朴英文和数字，可以满足系统规定。设计如图2.4所示：

图2.4 LED数码管
2.2 硬件总电路图

图2.5 系统总电路图

3 程序设计
3.1 程序设计简介
程序编写使用KEIL4软件，使用C语言编写。C语言是一种计算机程序设计语言，它既具备高档语言特点，又具备汇编语言特点。它应用范畴广泛，具备很强数据解决能力，不但仅在软件开发上，并且各类科研都需要用到C语言，适于编写系统软件，二维，三维图形和动画，具备应用例如单片机以及嵌入式系统开发。
3.2 程序编写
#include "reg52.h"
#include"absacc.h"
/*****DuLiang 20307202****/
/****.6.18***/
#define uint unsigned int
#define ulint unsigned long int
#define uchar unsigned char
sbit P20=P2^0; //数码管位选
sbit P21=P2^1;
sbit P22=P2^2;
sbit P23=P2^3;
sbit ds=P2^7； //DS18B20引脚
sbit HEAT=P2^5; //加热引脚
sbit COOLING=P2^6; //降温引脚
sbit H_warn=P1^0； //高温报警引脚
sbit L_warn=P1^1； //低温报警引脚
bit time20ms=0;
unsigned int wendu_value = 0;
float f_temp;
uint temp;
uint set_temp_H=55,set_temp_L=45; //温度设定
uint temp_shi=0,temp_ge=0,temp_xiaoshu=0;
uchar temp_wela=0;
uchar code table[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,//0~9不带小数点
0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10};//0~9带小数点
//共阳极数码管
uchar keyscan_num;
/*子程序声明*/
void delay(uint delay_x);
void display();
void dsreset(void);
bit tempreadbit(void);
uchar tempread(void);
void tempwritebyte(uchar dat);
void tempchange(void);
uint get_temp();
uchar keyscan(void);
/*定期器0和中断系统初始化*/
void init()
{
HEAT=1;
TMOD=0x11;
TH0=(65536-1000)/256； //1ms时基
TL0=(65536-1000)%256;
TH1=(65536-1000)/256；
TL1=(65536-1000)%256;
ET0=1;
ET1=1;
EA=1;
TR0=1;
}

void main()
{
init();
while(1)
{
switch(keyscan_num)
{
case 0:
{
P20=1;P21=1;P22=1;P23=1;
P0=0xbf;
} break;
case 1:
{
if(wendu_value<(set_temp_L*10))
{
HEAT=0；L_warn=0;
}
else{HEAT=1;L_warn=1;}
if(wendu_value>(set_temp_H*10))
{
COOLING=0; H_warn=0;
}
else{COOLING=1;H_warn=1;}
} break;
}
}
}
void timer0(void) interrupt 1
{
static uchar timecount=0,timecount1=0,timecount3=0;
TR0=0;
TH0=(65536-1000)/256;
TL0=(65536-1000)%256;
timecount++;timecount1++;timecount3++;
if(timecount==5)
{
timecount=0;
if(keyscan_num==1)
display();
}
if(timecount1==200)
{
timecount1=0;
tempchange();
wendu_value=get_temp();

}
if(timecount3==50)
{
timecount3=0;
keyscan_num=keyscan();
}

TR0=1;
}
void timer1(void) interrupt 3
{
static uchar timecount2=0;
TR1=0;
TH1=(65536-1000)/256；
TL1=(65536-1000)%256;
timecount2++;
if(timecount2==200)
{
timecount2=0;
time20ms=!time20ms;
}
TR1=1;

}
/*****数码管显示子程序******/
void display()
{
temp_shi=wendu_value/100;
temp_ge=wendu_value%100/10;
temp_xiaoshu=wendu_value%100%10;
P20=0;
P21=0;
P22=0;
P23=0;
if(temp_wela==0)
{
P0=table[temp_shi];
P20=1;
}
if(temp_wela==1)
{
P0=table[temp_ge+10];
P21=1;
}
if(temp_wela==2)
{
P0=table[temp_xiaoshu];
P22=1;

}
temp_wela++;
if(temp_wela==3)
{
temp_wela=0;
}
}
/*温度读取子程序*/
void delay(uint delay_x)
{
uint x,y；
for(x=delay_x;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);
}
void dsreset(void) //DS18B20复位，初始化函数
{
uint i;
ds=0;
i=103;
while(i>0)i--;
ds=1;
i=4;
while(i>0)i--;
}

bit tempreadbit(void) //读一位数据函数
{
uint i;
bit dat;
ds=0;i++;
ds=1;i++;i++;
dat=ds;
i=8;while(i>0)i--;
return(dat);
}
uchar tempread(void) //读1个字节数据函数
{
uchar i,j,dat;
dat=0;
for(i=1;i<=8;i++)
{
j=tempreadbit();
dat=(j<<7)|(dat>>1)； //读出数据最低位在最前面，这样刚好一种字节在dat里
}
return(dat);
}

void tempwritebyte(uchar dat) //向DS18B20写一种字节数据函数
{
uint i;
uchar j;
bit testb;
for(j=1;j<=8;j++)
{
testb=dat&0x01;
dat=dat>>1;
if(testb) //写1
{
ds=0;
i++;i++;
ds=1;
i=8;while(i>0)i--;
}
else
{
ds=0； //写0
i=8;while(i>0)i--;
ds=1;
i++;i++;
}
}
}
void tempchange(void) //DS18B20开始获取温度并转换
{
dsreset();
delay(1);
tempwritebyte(0xcc)； //写跳过读ROM指令
tempwritebyte(0x44)； //写温度转换指令
}

uint get_temp() //读取寄存器中存储温度数据
{
uchar a,b;
dsreset();
delay(1);
tempwritebyte(0xcc)；
tempwritebyte(0xbe);
a=tempread(); //读低8位
b=tempread()； //读高8位
temp=b;
temp<<=8;
temp=temp|a;
f_temp=temp*0.0625;
temp=f_temp*10+0.5;
f_temp=f_temp+0.05;
return temp； //temp是整型
}
/*键盘子程序*/
uchar keyscan(void)
{
static uchar k=0;
uchar Trg,Cont,ReadData;
P3=0xff;
ReadData=P3^0xff;
Trg=ReadData&(ReadData^Cont);
Cont=ReadData;
switch(Trg)
{
case 0x01:{k=1;break;}
case 0x02:{k=2;break;}
case 0x04:{k=3;break;}
case 0x08:{k=4;break;}
}
return(k);
}

4 总结