恒温控制新版系统开题报告.doc

SJ003-1

届毕业设计（论文）开题报告
二级学院： 电气与光电工程学院 班 级： 12测二
学 生： 宋苏悦 学 号： 12050213
指引教师： 鲍玉军 职 称： 副专家
课题名称
嵌入式恒温培养箱设计
课题类型
R毕业设计　 　　　　□ 毕业论文
起止时间
.2.22~6.24
开题报告
（毕业设计：含课题来源及现状、设计规定、工作内容、设计方案、技术路线、预期目的、时间安排及参照文献等。字数为3000以上。）
一、课题来源及现状
随着计算机控制技术发展，恒温控制已经在工业生产领域中得到了广泛应用，并获得了巨大经济和社会效益。如，可以依照动物生活习性需要控制饲养棚适当温度来进行孵卵或动物培养；在农业上，可用于种子发芽；在科学实验上，可产生恒温环境用于各种细菌培养等；在医学上，可用于做细菌培养、放射免疫分析、血清溶化、石腊熔化、试管消毒等。智能恒温箱性能在很大限度上取决于对温度控制性能，本课题采用单片机为主控制器，通过热电式传感器测得箱内温度，再将温度信号送入主控制器，来完毕恒温箱温度控制系统硬件。箱内温度可保持在设定温度范畴内，当设立温度低于实时温度时，单片机送出加热信号；当设立温度低于实时温度时，单片机送出制冷信号，实现恒温箱自动温度控制。在不同领域内，由于控制环境、目的等因素，需要针对详细状况来设计系统机构和功能，以获得最佳控制效果。
当前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面迅速发展。虽然温度控制系统在国内各行业应用十分广泛，但从国内生产温度控制器及技术来讲，其发展水平依然不高，同国外日本、美国、德国等先进国家相比，依然有较大差距。
国内当前在恒温控制技术这方面技术水平处在20世纪80年代中后期水平，只能适应于普通温度系统控制。国内对于温度测控技术研究较晚，始于20世纪80年代。国内工程技术人员在吸取发达国家温度测控技术基本上，才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度单项环境因子控制。国内温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸取、简朴应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以单片机控制单参数单回路系统居多，尚无真正意义上多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。国内温度测量控制现状还远远没有达到工厂化限度，生产实际中依然有许多问题困扰着咱们，存在着装备配套能力差，产业化限度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺陷。在适应与较高控制场合智能化、自适应控制仪表领域，国内技术还不十提成熟。因而，国内在恒温控制等控制仪表行业与国外尚有一定差距。
今年来，国内传感器正向着集成化、智能化、网络化和单片机方向发展，为开发新一代温度测量系统创造了有利条件。随着单片机技术飞速发展，通过单片机对被控制对象控制日益广泛，具备体积小、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控温作用，智能恒温箱是使用单片机进行温度控制典型应用，采用单片机做主控单元可完毕对温度采集和控制等规定。
在智能恒温箱控制系统设计中，用数字传感器将温度信号以数字信号方式传送给单片机，经单片机解决后温度数值，一方面显示；另一方面与给定值经行比较，判断温度高低，从而采用相应办法：加热或者制冷。使温度达到设定值。
二、设计规定
恒温控制在工业生产过程中举足轻重，温度控制直接影响着工业生产产量和质量。本课题基于单片机设计一种恒温箱控制系统，系统涉及硬件和软件两某些，其中硬件涉及数据采集、显示、控制及温度传感器设计，软件涉及键盘管理程序设计、显示程序设计、控制程序设计。
可以实现设立和调节初始温度值，进行数码显示。设计过程中设计控制方案可以保证精度，考虑系统安全性、可靠性和稳定性。
运用所学单片机、模仿和数字电路、以及测控系统原理与设计等方面知识，设计出一台以AT89C52为核心恒温箱控制器，对恒温箱温度进行控制。完毕恒温箱温度检测、控制信号输出、显示及键盘接口电路等某些软、硬件设计，运用按键（自行定义）进行温度设定，同步将当前温度测量值显示在液晶显示屏上。
三、工作内容
恒温培养箱已经成为当代农业、食品、生化等行业(部门)实验室中重要实验装置；恒温培养箱可以始终将箱体内温度保持稳定。使用单片机实时地将培养箱内温度传感器所采集温度值与所设定恒温值进行比较和解决，并对加热器等装置进行控制，从而监控并保持箱体内温度值恒定。
（1）理解温度传感器特点及其合用范畴，针对恒温箱进行合理选型；
（2）掌握控制器单片机关于知识，并熟悉其编程；
（3）对单片机测控程序及其接口技术作重点掌握；
（4）在以上几种内容基本上，进行课题总体设计，绘制系统总体电路。选取适当有关硬件，最后完毕本课题设计。
四、设计方案
4.1系统重要功能
该系统重要是借用单片机采用模块化设计智能恒温箱，涉及温度设定按钮，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。显示系统除了显示实时温度还能显示设定温度上限和下限，也就是人们想要保持温度范畴。
系统重要功能模块方框图如图1所示。

图1系统重要功能模块方框图
本系统是采用模块化设计智能恒温箱，在生活中有广泛应用，使用时可以自行调节预期恒温温度，调节范畴为0~99℃。
调节好后系统会将采集来实时温度与设定预期温度进行比较，如果实时温度比设定温度高就启动制冷设备，如果实时温度比预期温度低就启动加热设备。如果温度同样则不启动加热或制冷设备。在显示电路上显示是实时温度和预期温度。
单片机整个恒温箱核心，内部电路设计用汇编语言编写。它完毕了温度参数设定，温度采集计算，温度显示，温度比较，温度调节等功能。
4.2智能恒温箱工作流程
单片机恒温箱基本工作原理：在使用恒温箱时，系统会将从温度传感器采集来温度转化为摄氏度形式，转化完毕后与事先设定预期温度进行比对，然后依照比对成果采用相应办法（输出升温信号或输出降温信号）来不断地来表达出达到预期温度。并且系统可以显示实时温度和设定预期温度。
恒温箱工作流程如图2所示：

图2 恒温箱工作流程
（1）设定预期温度。如果想调节预期温度，先按下“温度设定”开关，进入调节状态，此时才会先显示设定需要保持温度上限，如果想加一摄氏度就按下“加1℃”键，如果想减一摄氏度就按一下“减1℃”键，温度显示屏上会显示变化后温度。再按下“温度上下限设定转换”按钮，此时设定为需要保持温度下限，操作与上限操作办法相似。要退出调节状态，再次按下“温度设定”开关即可。
（2）温度采集和计算。51单片机通过与数字温度传感器DS18B20，获取实时温度信息，并将所获取温度信息数据进行计算，转化为摄氏温度形式存储起来。
（3）温度比较和温度调节。将存储实时摄氏温度与设定预期温度经行比较。如果实时温度高于设定温度上限，则降温二极管亮；如果实时温度低于设定温度下限，则升温二极管亮。
（4）设定温度显示。
五、技术路线
5.1恒温箱硬件设计
重要某些芯片为80C51单片机，重要某些传感器为温度传感器DS18B20。
温度传感器接到单片机P1.2口。两个发光二极管“HEAT”和“COOL”分别表达传送给加热器和制冷器启动信号，分别接到单片机P1.0，P1.1口。如果“HEAT”灯点亮表达温度过低，需要升温，需要加热器工作；如果“COOL”灯点亮表达温度过高，需要降温，需要制冷机工作。而在实际电路中，分别以红色二极管和绿色二极管表达“HEAT”“COOL”。
按键“温度上下限切换”是用于切换温度上限和下限值按键。当按键进入温度设定后，最先只能设定温度范畴上限值，如果想要对温度下限进行设定话，就必要要按下“温度上下限切换”按钮，此后便可以对温度下限值进行设定。当再次按下“温度上下限切换”时便又可以对温度上限值进行设定。
当设定完温度上下限值后再按下“温度设定”按钮保存温度设定值范畴。此时便该系统便开始工作。
5.2恒温箱软件设计
在本程序中涉及了如下重要程序，主程序，温度设定子程序，温度读取及转换子程序，显示温度子程序，比较温度子程序。
5.2.1主程序流程图如图3

图3 恒温箱工作流程
主程序重要功能是设立传感器、负责温度实时显示、读出并解决DS18B20测量当前温度值，温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度。 5.2.2温度设定子程序
温度设定子程序流程图如图4所示：

图4温度设定子程序流程图
5.2.3温度采集计算子程序
DS18B20 内部低温度系数振荡器是一种振荡频率随温度变化很小振荡器，为计数器1提供一频率稳定计数脉冲。高温度系数振荡器是一种振荡频率对温度很敏感振荡器，为计数器2提供一种频率随温度变化计数脉冲。
温度采集计算子程序如图5所示：

图5 温度采集计算子程序流程图
DS18B20工作过程普通遵循如下合同：初始化——ROM操作命令——存储器操作命令——解决数据。
六 预期目的
1、完毕系统软、硬件设计；
2、通过按键可设立箱体温度值；
3、实际显示温度值范畴为0~99℃，最社区别度为0.1℃；
4、温度控制误差低于±1℃；完毕毕业设计阐明书。
七 时间安排
1—4周：熟悉课题，查找资料，总体分析，设计方案完毕开题报告；
5—7周：明确方案，对设计中核心某些进行论证与设计；
8—11周：硬件元件选、电路设计、原理图绘制；
12—16周：程序编制和调试；
17周：设计阐明书撰写；
18周：修改定稿，准备答辩。
八、参照文献
[1]何立民.单片机高档教程应用与设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，
[2]胡汉才.单片机原理及接口技术[M].北京:清华大学出版社,1999
[3]欧阳文. ATMEL89系列单片机原理与开发实践[M]. 北京:中华人民共和国电力出版社，.6
[4]刘亮.先进传感器及应用[M].化学工业出版社，
[5]潘永雄.新编单片机原理与应用[M]. 西安：西安电子科技大学出版社,
[6]楼然苗.51系列单片机设计实例[M].北京：北京航空航天大学出版社
[7]钱进.基于AT89C2051高精度数字频率计设计[J].机电产品开发与创新,，19(1)：86-87.
[8]徐凤霞，赵成安.AT89C51单片机温度控制系统设计[J].齐齐哈尔大学学报，,(3):44-15
[9]褚斌，徐力.多参数新型智能变送器设计[J].仪表技术与传感器，(10):54-56.
[10]李德振.温度监测系统设计方案[J].电子制作,. (6):22-23
[11]贾世胜.Small RTOS51实现基于8位单片机温控器设计.[J].当代电子技术. 32(18):72-77
[12]黄祯祥,邓怀雄,郭延文,周书. 基于MCS-51单片机温度控制系统[J]. 当代电子技术,,(06)：22-24
[13]李萍.单片机温度控制系统设计与实现[J].固原师专学报,1999,(06)：22-25
[14]冯越,杨继华,俞曙滨.单片机温度控制系统[J].自动化技术与应用,1998,(02)：36-38
[15]R.C.C.Leite,J.F.Damen,Phys.Rev.Lett ,on AT89C51 ，AD590 temperature sensor and resolution of temperature sampling by A/D card[J]，(45):16-17
[16]J.F.Scott,R.C.C.Leite,and T.C.Damen,Phys.Rev ,The Temperature Intelligence Control System Based on Single-Chip-Microprocessor [J].(7):66-67
[17]Bernd Markus Pfeiffer. A study of operator effects on ultrasonic measures of fat depth and longissimus muscle area in cattle[J]．Information Systems and Technologies，KORUS ,28(4):169-173.

指引教师意见（对课题深度、广度及工作量意见，设计成果预测或论文可行性评价）：

（依照学生开题状况以及开题报告质量从以上3个方面写出详细评价）

指引教师：（手签）　　　　　　　　年 月 日
系部意见：

（写结论性意见，如：批准开题）

系主任：（手签）　 年 月 日
注：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查根据材料之一，应在导师指引下，由学生填写，经导师订立意见及系部审核后生效。