恒溫控制系統(tǒng)開題報告.doc

SJ003-1 2016 屆畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告二級學(xué)院： 電氣與光電工程學(xué)院 班 級： 12測二 學(xué) 生： 宋蘇悅 學(xué) 號： 12050213 指導(dǎo)教師： 鮑玉軍 職 稱： 副教授 課題名稱嵌入式恒溫培養(yǎng)箱設(shè)計課題類型R畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)論文起止時間2016.2.226.24開題報告（畢業(yè)設(shè)計：含課題來源及現(xiàn)狀、設(shè)計要求、工作內(nèi)容、設(shè)計方案、技術(shù)路線、預(yù)期目標(biāo)、時間安排及參考文獻(xiàn)等。字?jǐn)?shù)為3000以上。）一、課題來源及現(xiàn)狀隨著計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，恒溫控制已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。如，可以根據(jù)動物生活習(xí)性的需要控制飼養(yǎng)棚合適的溫度來進(jìn)行孵卵或動物培養(yǎng)；在農(nóng)業(yè)上，可用于種子的發(fā)芽；在科學(xué)實(shí)驗上，可產(chǎn)生恒溫環(huán)境用于各種細(xì)菌培養(yǎng)等；在醫(yī)學(xué)上，可用于做細(xì)菌培養(yǎng)、放射免疫分析、血清溶化、石臘熔化、試管消毒等。智能恒溫箱的性能在很大程度上取決于對溫度的控制性能，本課題采用單片機(jī)為主控制器，通過熱電式傳感器測得箱內(nèi)溫度，再將溫度信號送入主控制器，來完成恒溫箱的溫度控制系統(tǒng)的硬件。箱內(nèi)溫度可保持在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)，當(dāng)設(shè)置的溫度低于實(shí)時溫度時，單片機(jī)送出加熱信號；當(dāng)設(shè)置的溫度低于實(shí)時溫度時，單片機(jī)送出制冷信號，實(shí)現(xiàn)恒溫箱的自動溫度控制。在不同的領(lǐng)域內(nèi)，由于控制環(huán)境、目標(biāo)等因素，需要針對具體情況來設(shè)計系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)和功能，以取得最佳的控制效果。目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方面快速發(fā)展。雖然溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行業(yè)的應(yīng)用十分廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器及技術(shù)來講，其發(fā)展水平仍然不高，同國外的日本、美國、德國等先進(jìn)國家相比，仍然有較大的差距。我國目前在恒溫控制技術(shù)這方面的技術(shù)水平處于20世紀(jì)80年代中后期水平，只能適應(yīng)于一般的溫度系統(tǒng)控制。我國對于溫度測控技術(shù)的研究較晚，始于20世紀(jì)80年代。我國工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達(dá)國家溫度測控技術(shù)的基礎(chǔ)上，才掌握了溫度室內(nèi)微機(jī)控制技術(shù)，該技術(shù)僅限于對溫度的單項環(huán)境因子的控制。我國溫度測控設(shè)施計算機(jī)應(yīng)用，在總體上正從消化吸收、簡單應(yīng)用階段向?qū)嵱没⒕C合性應(yīng)用階段過渡和發(fā)展。在技術(shù)上，以單片機(jī)控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，尚無真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，與發(fā)達(dá)國家相比，存在較大差距。我國溫度測量控制現(xiàn)狀還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到工廠化的程度，生產(chǎn)實(shí)際中仍然有許多問題困擾著我們，存在著裝備配套能力差，產(chǎn)業(yè)化程度低，環(huán)境控制水平落后，軟硬件資源不能共享和可靠性差等缺點(diǎn)。在適應(yīng)與較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表領(lǐng)域，國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟。因此，我國在恒溫控制等控制儀表行業(yè)與國外還有一定差距。今年來，國內(nèi)傳感器正向著集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和單片機(jī)的方向發(fā)展，為開發(fā)新一代溫度測量系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件。隨著單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，通過單片機(jī)對被控制對象控制日益廣泛，具有體積小、功能強(qiáng)、性價比高等特點(diǎn)，把單片機(jī)應(yīng)用于溫度控制系統(tǒng)中可以起到更好的控溫作用，智能恒溫箱是使用單片機(jī)進(jìn)行溫度控制的典型應(yīng)用，采用單片機(jī)做主控單元可完成對溫度的采集和控制等的要求。在智能恒溫箱控制系統(tǒng)的設(shè)計中，用數(shù)字傳感器將溫度信號以數(shù)字信號的方式傳送給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后的溫度數(shù)值，一方面顯示；另一方面與給定值經(jīng)行比較，判斷溫度高低，從而采取相應(yīng)的措施：加熱或者制冷。使溫度達(dá)到設(shè)定值。二、設(shè)計要求恒溫控制在工業(yè)生產(chǎn)過程中舉足輕重，溫度的控制直接影響著工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)量和質(zhì)量。本課題基于單片機(jī)設(shè)計一個恒溫箱控制系統(tǒng)，系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分，其中硬件包括數(shù)據(jù)采集、顯示、控制及溫度傳感器的設(shè)計，軟件包括鍵盤管理程序設(shè)計、顯示程序設(shè)計、控制程序設(shè)計。能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)置和調(diào)節(jié)初始溫度值，進(jìn)行數(shù)碼顯示。設(shè)計過程中設(shè)計的控制方案能夠保證精度，考慮系統(tǒng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。運(yùn)用所學(xué)單片機(jī)、模擬和數(shù)字電路、以及測控系統(tǒng)原理與設(shè)計等方面的知識，設(shè)計出一臺以AT89C52為核心的恒溫箱控制器，對恒溫箱的溫度進(jìn)行控制。完成恒溫箱溫度的檢測、控制信號的輸出、顯示及鍵盤接口電路等部分的軟、硬件設(shè)計，利用按鍵（自行定義）進(jìn)行溫度的設(shè)定，同時將當(dāng)前溫度的測量值顯示在液晶顯示屏上。三、工作內(nèi)容 恒溫培養(yǎng)箱已經(jīng)成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、食品、生化等行業(yè)(部門)實(shí)驗室中的重要實(shí)驗裝置；恒溫培養(yǎng)箱能夠始終將箱體內(nèi)溫度保持穩(wěn)定。使用單片機(jī)實(shí)時地將培養(yǎng)箱內(nèi)溫度傳感器所采集的溫度值與所設(shè)定的恒溫值進(jìn)行比較和處理，并對加熱器等裝置進(jìn)行控制，從而監(jiān)控并保持箱體內(nèi)的溫度值恒定。（1）了解溫度傳感器特點(diǎn)及其適用范圍，針對恒溫箱進(jìn)行合理的選型；（2）掌握控制器單片機(jī)的有關(guān)知識，并熟悉其編程；（3）對單片機(jī)測控程序及其接口技術(shù)作重點(diǎn)的掌握；（4）在以上幾個內(nèi)容的基礎(chǔ)上，進(jìn)行課題的總體設(shè)計，繪制系統(tǒng)的總體電路。選擇合適的相關(guān)硬件，最終完成本課題的設(shè)計。四、設(shè)計方案4.1系統(tǒng)的主要功能該系統(tǒng)主要是借用單片機(jī)采用模塊化設(shè)計的智能恒溫箱，包括溫度設(shè)定按鈕，溫度顯示，溫度調(diào)節(jié)，實(shí)時溫度顯示和預(yù)定溫度顯示轉(zhuǎn)換按鈕，溫度采集等。顯示系統(tǒng)除了顯示實(shí)時的溫度還能顯示設(shè)定溫度的上限和下限，也就是人們想要保持的溫度的范圍。系統(tǒng)的主要功能模塊方框圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)主要功能模塊方框圖本系統(tǒng)是采用模塊化設(shè)計的智能恒溫箱，在生活中有廣泛的應(yīng)用，使用時可以自行調(diào)節(jié)預(yù)期的恒溫溫度，調(diào)節(jié)范圍為099。調(diào)節(jié)好后系統(tǒng)會將采集來的實(shí)時溫度與設(shè)定的預(yù)期溫度進(jìn)行比較，如果實(shí)時溫度比設(shè)定溫度高就開啟制冷設(shè)備，如果實(shí)時溫度比預(yù)期溫度低就開啟加熱設(shè)備。如果溫度一樣則不開啟加熱或制冷設(shè)備。在顯示電路上顯示的是實(shí)時的溫度和預(yù)期溫度。單片機(jī)整個恒溫箱的核心，內(nèi)部電路設(shè)計用匯編語言編寫。它完成了溫度參數(shù)設(shè)定，溫度采集計算，溫度顯示，溫度比較，溫度調(diào)節(jié)等功能。4.2智能恒溫箱的工作流程單片機(jī)恒溫箱的基本工作原理：在使用恒溫箱時，系統(tǒng)會將從溫度傳感器采集來的溫度轉(zhuǎn)化為攝氏度的形式，轉(zhuǎn)化完成后與事先設(shè)定的預(yù)期溫度進(jìn)行比對，然后根據(jù)比對的結(jié)果采取相應(yīng)的措施（輸出升溫信號或輸出降溫信號）來不斷地來表示出達(dá)到預(yù)期的溫度。并且系統(tǒng)能夠顯示實(shí)時的溫度和設(shè)定的預(yù)期溫度。恒溫箱的工作流程如圖2所示：圖2 恒溫箱的工作流程（1）設(shè)定預(yù)期溫度。如果想調(diào)節(jié)預(yù)期的溫度，先按下“溫度設(shè)定”開關(guān)，進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài)，此時才會先顯示設(shè)定需要保持溫度的上限，如果想加一攝氏度就按下“加1”鍵，如果想減一攝氏度就按一下“減1”鍵，溫度顯示器上會顯示改變后的溫度。再按下“溫度上下限設(shè)定轉(zhuǎn)換”按鈕，此時設(shè)定為需要保持溫度下限，操作與上限操作方法相同。要退出調(diào)節(jié)狀態(tài)，再次按下“溫度設(shè)定”開關(guān)即可。（2）溫度采集和計算。51單片機(jī)通過與數(shù)字溫度傳感器DS18B20，獲取實(shí)時溫度信息，并將所獲取的溫度信息數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，轉(zhuǎn)化為攝氏溫度的形式存儲起來。（3）溫度比較和溫度調(diào)節(jié)。將存儲的實(shí)時攝氏溫度與設(shè)定的預(yù)期溫度經(jīng)行比較。如果實(shí)時溫度高于設(shè)定溫度上限，則降溫二極管亮；如果實(shí)時溫度低于設(shè)定溫度下限，則升溫二極管亮。（4）設(shè)定溫度顯示。五、技術(shù)路線5.1恒溫箱的硬件設(shè)計主要部分的芯片為80C51單片機(jī)，主要部分的傳感器為溫度傳感器DS18B20。溫度傳感器接到單片機(jī)的P1.2口。兩個發(fā)光二極管“HEAT”和“COOL”分別表示傳送給加熱器和制冷器的啟動信號，分別接到單片機(jī)的P1.0，P1.1口。如果“HEAT”燈點(diǎn)亮表示溫度過低，需要升溫，需要加熱器工作；如果“COOL”燈點(diǎn)亮表示溫度過高，需要降溫，需要制冷機(jī)工作。而在實(shí)際電路中，分別以紅色二極管和綠色二極管表示“HEAT”“COOL”。按鍵“溫度上下限切換”是用于切換溫度的上限和下限值的按鍵。當(dāng)按鍵進(jìn)入溫度設(shè)定后，最先只能設(shè)定溫度范圍的上限值，如果想要對溫度下限進(jìn)行設(shè)定的話，就必須要按下“溫度上下限切換”按鈕，此后便可以對溫度下限值進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)再次按下“溫度上下限切換”時便又可以對溫度的上限值進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)設(shè)定完溫度的上下限值后再按下“溫度設(shè)定”按鈕保存溫度設(shè)定的值范圍。此時便該系統(tǒng)便開始工作。5.2恒溫箱的軟件設(shè)計在本程序中包括了以下主要的程序，主程序，溫度設(shè)定子程序，溫度讀取及轉(zhuǎn)換子程序，顯示溫度子程序，比較溫度子程序。5.2.1主程序流程圖如圖3圖3 恒溫箱的工作流程主程序的主要功能是設(shè)置傳感器、負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當(dāng)前溫度值，溫度測量每1s進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測量一次被測溫度。 5.2.2溫度設(shè)定子程序 溫度設(shè)定子程序流程圖如圖4所示：圖4溫度設(shè)定子程序流程圖5.2.3溫度采集計算子程序DS18B20 內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器是一個振蕩頻率隨溫度變化很小的振蕩器，為計數(shù)器1提供一頻率穩(wěn)定的計數(shù)脈沖。高溫度系數(shù)振蕩器是一個振蕩頻率對溫度很敏感的振蕩器，為計數(shù)器2提供一個頻率隨溫度變化的計數(shù)脈沖。溫度采集計算子程序如圖5所示：圖5 溫度采集計算子程序流程圖DS18B20工作過程一般遵循以下協(xié)議：初始化ROM操作命令存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。六 預(yù)期目標(biāo)1、完成系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計；2、通過按鍵可設(shè)置箱體溫度值；3、實(shí)際顯示溫度值范圍為099，最小區(qū)分度為0.1；4、溫度控制誤差低于1；完成畢業(yè)設(shè)計說明書。七 時間安排14周：熟悉課題，查找資料，總體分析，設(shè)計方案完成開題報告；57周：明確方案，對設(shè)計中的關(guān)鍵部分進(jìn)行論證與設(shè)計；811周：硬件元件選、電路設(shè)計、原理圖繪制；1216周：程序編制和調(diào)試；17周：設(shè)計說明書撰寫；18周：修改定稿，準(zhǔn)備答辯。八、參考文獻(xiàn)1何立民.單片機(jī)高級教程應(yīng)用與設(shè)計M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20072胡漢才.單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.北京:清華大學(xué)出版社,19993歐陽文. 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