恒溫箱實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)名稱:姓名:學(xué)號:班級:學(xué)院:任課教師:高川20121851自動化1203信息工程學(xué)院聶詩良恒溫箱溫度計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2015年11月21日基于單片機(jī)的恒溫箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：部分，設(shè)計(jì)；本設(shè)計(jì)是基于AT89C52單片機(jī)的恒溫箱控制系統(tǒng)，系統(tǒng)分為硬件和軟件兩 其中硬件包括：電源、溫度傳感器、顯示屏、控制、晶閘管驅(qū)動和報(bào)警的 軟件包括：鍵盤管理程序設(shè)計(jì)、顯示程序設(shè)計(jì)、PID控制程序設(shè)計(jì)和溫度 報(bào)警程序設(shè)計(jì)。編寫程序結(jié)合硬件進(jìn)行調(diào)試，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)置和調(diào)節(jié)初始溫度值， 進(jìn)行液晶顯示，當(dāng)加熱到設(shè)定值后立刻報(bào)警。本設(shè)計(jì)從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)選取了體積 小、精度相對高的數(shù)字式溫度傳感元件

2、 DS18B20乍為溫度采集器，單片機(jī)AT89C52 為主控芯片，液晶作為顯示輸出，實(shí)現(xiàn)了對溫度的實(shí)時(shí)測量與恒定控制。關(guān)鍵詞：單片機(jī)、晶閘管、恒溫、PID算法。引言：本課題采用單片機(jī)控溫度實(shí)現(xiàn)恒溫控制，這個(gè)環(huán)節(jié)有溫度傳感器將恒溫箱內(nèi)的溫度信號傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)通過對輸入的溫度信號與設(shè)定值比較，再把比較后的信號通過 PID控制器得出控制信號， 從而保持控制晶閘管的通斷狀態(tài)，達(dá)到平滑的控制燈泡兩端電壓實(shí)現(xiàn)對恒溫箱溫度的全程控制。一、本課題設(shè)計(jì)要求如下圖所示，恒溫箱采用木箱或紙箱（外形尺寸不大于30cmK 30cmx 30cm，內(nèi)置白熾燈泡（功率不大于100W用于加熱。 木箱或紙箱白熾燈泡W 10

3、0W30cm10cm自制恒溫箱要求（1 ）溫度采集傳感器采用熱電阻或熱電偶，或一體化數(shù)字溫度傳感器DS18B20(2)控制燈泡亮度或發(fā)熱量，采用可控硅平滑控制。(3)采用單片機(jī)89C51作為控制器。(4)(5)采用自制按鍵的鍵盤作為溫度給定值輸入。采用LCD的液晶顯示器作為顯示器，同時(shí)顯示給定溫度和實(shí)際溫度。時(shí)5秒后停止。(7)恒溫箱最高溫度W 100C。二、設(shè)計(jì)方案溫度采集按鍵控制聲光報(bào)警微控制器溫度顯示輸出控制1. 電源模塊對于電源模塊，利用變壓器把 220V的交流電轉(zhuǎn)為正負(fù)12V的交流電，再用 二極管橋式整流電路，整流出直流電，之后用電容濾波。2. 溫度傳感器采用數(shù)字式溫度傳感器 DS1

4、8B20此類傳感器為數(shù)字式傳感器，可以直接 將溫度信號變成單片機(jī)需要的數(shù)字信號，此過程就可以不需要A/D轉(zhuǎn)換，從成本和優(yōu)化系統(tǒng)的角度上，是合適的。另外其測量精度高，抗干擾能力強(qiáng)，測量范圍55 C +125 C。3. 顯示部分1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符 號等的點(diǎn)陣型液晶模塊。顯示字母和數(shù)字比較方便，控制簡單，成本較低。我們 設(shè)計(jì)的系統(tǒng)需要顯示更多的信息， 所以考慮顯示功能更好的液晶顯示， 要求能顯 示更多的數(shù)據(jù)，增強(qiáng)顯示信息的可讀性，看起來更方便。4. 輸出控制采用晶閘管，控制信號與輸出信號可以很好的隔離，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性和抗干擾能力，同時(shí)能有效平滑

5、的控制電壓的輸出以及對溫度的精確控制，本課題 采用的晶閘管為BTA16-600B,其電壓V=600V觸發(fā)電流|v=(18mA25mA)三、硬件電路設(shè)計(jì)及工作原理1.系統(tǒng)功能及工作流程介紹根據(jù)恒溫箱控制器的功能要求，以 AT89C52作為電路系統(tǒng)的控制核心。恒溫箱控制器的總體布局如下圖所示。按鍵將設(shè)置好的溫度值傳給單片機(jī)，通過溫 度顯示模塊1602顯示出來。初始溫度設(shè)置好后，單片機(jī)開啟輸出控制模塊，使 電燈泡開始加熱，同時(shí)將從數(shù)字溫度傳感器 DS18B20測量到的溫度值實(shí)時(shí)的顯示發(fā)出聲光報(bào)警，當(dāng)超單片機(jī)再次啟動電燈泡,出來，當(dāng)加熱到設(shè)定溫度值時(shí)，單片機(jī)控制聲光報(bào)警模塊, 過設(shè)置溫度關(guān)閉電燈泡。當(dāng)

6、自然冷卻到設(shè)定溫度以下時(shí), 如此循環(huán)反復(fù)，以達(dá)到恒溫控制的目的。?4冃Q：7m:4r _1X3_! .-I. _. J3.i*f -ZKmgOSDP：vcc10下戟口F：JX：r:e.VI；：0JI；Kyl33亠PYlZOg1；畤 XXZ K Qir出HK1 PTW： STTrw T0F：4T： 5；r：5XWoix5:A19XTALlXTAL1AT!?!；：OOTl|p單片札小系統(tǒng)嘍誠UZA4JKT0J；宙光指示模塊S：g4JKT畝光指示模塊Kr/：、r*DS1SB2C2輸出控制電路加熱電路中采用MOC302的目的是實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電與弱電的隔離，其在電路中的工 作原理是單片機(jī)根據(jù)傳感器和設(shè)定開關(guān)輸入

7、的控制指令，控制電器的電源通斷。BTA16是小型塑封雙向晶閘管，當(dāng)電源控制電路的輸出管腳送出的開關(guān)控制指令 為高電平，MOC302截止，BTA16截止，電器被關(guān)閉；當(dāng)電源控制電路送出的開 關(guān)控制指令為低電平，MOC302導(dǎo)通，BTA16導(dǎo)通，電器被打開。R4是BTA16的保護(hù)電路。= 1 2:/?3? IZ-B* 21-.光耦控制輸出3. 顯示電路1602 液晶也叫1602字符型液晶 它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊 它有若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。顯示電路采用LCD1602液晶顯示，如圖 所示，圖中只畫出了其相應(yīng)的接口，

8、3腳用于調(diào)節(jié)LCD1602的背光,4、5、6 為 LCD1602的控制口，用于控制其寫入或是讀出指令,7至14腳為LCD1602的數(shù)據(jù)口，將數(shù)傳送到LCD1602中04. 溫度越線報(bào)警電路報(bào)警電路如下圖所示，該電路采用一個(gè)小功率三極管Q1驅(qū)動蜂鳴器BELL,當(dāng)單片機(jī)接收到超額溫度信號或危險(xiǎn)信號時(shí),輸出腳BELL輸出高點(diǎn)平,Q1導(dǎo)通, 致使蜂鳴器BELL得電工作，發(fā)出報(bào)警聲。同時(shí)，電路中的發(fā)光二極管指示出電 路的工作狀態(tài)。9- -1? 嚴(yán)；K圖6報(bào)警電路5. 過零檢測TLP521-2是一個(gè)內(nèi)部集成兩個(gè)光耦的芯片，主要用于過零檢測，當(dāng)電源的正弦交流電過零時(shí)，在三極管的集電極的會產(chǎn)生一個(gè)下降沿和一個(gè)

9、上升沿，這樣 單片機(jī)的外部中斷口可以識別到，最終用于控制晶閘管的導(dǎo)通角。四、系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)部分軟件描述1.本程序的主要功能就是控制晶閘管的導(dǎo)通角， 來控制電燈泡兩端的平均電 壓實(shí)現(xiàn)對燈泡的亮度控制，最終達(dá)到控制溫度的目的。設(shè)置有兩個(gè)按鍵，一個(gè)按 鍵可以增加期望溫度，另一個(gè)可以減少期望溫度，步進(jìn)最小是0.1攝氏度。有一 個(gè)LCD顯示屏，可以顯示當(dāng)前溫度和期望，當(dāng)實(shí)際溫度達(dá)到期望溫度時(shí)，蜂鳴器 和LED燈報(bào)警5s后停止。運(yùn)用的控制策略是PID算法，PID算法的精華之處就是利用偏差進(jìn)行控制。P代表的是比例，這個(gè)參數(shù)可是使調(diào)節(jié)更快速，I是積分，這個(gè)參數(shù)可以減小余差，D是微分，可以超前控制，可以適當(dāng)?shù)?/p>

10、減小超調(diào)量。通過控制PID從而達(dá) 到精確控制恒溫箱溫度。通過以上對操作和工作過程的分析，程序應(yīng)分為兩個(gè)階段：一是通電或復(fù) 位后到給定溫度；二是掃描檢測并顯示恒溫箱內(nèi)的實(shí)時(shí)溫度，并根據(jù)檢測的結(jié)果 控制電燈泡，此時(shí)系統(tǒng)暫不接收鍵盤的輸入。因此，程序可以分為以下幾個(gè)功能 模塊：溫度設(shè)定和啟動；顯示；溫度檢測；溫度控制以及報(bào)警。(1)鍵盤管理模塊當(dāng)通電以后，系統(tǒng)進(jìn)入鍵盤管理狀態(tài)，單片機(jī)只接收設(shè)定溫度和啟動。當(dāng)檢 測到有鍵閉合時(shí)先去除抖動，這里采用軟件延時(shí)的方法，延時(shí)一段時(shí)間后，再確 定是否有鍵閉合，然后將設(shè)定好的值送入預(yù)置溫度數(shù)據(jù)區(qū)， 并調(diào)用溫度合法檢測報(bào)警程序，當(dāng)設(shè)定溫度超過最大值時(shí)就會報(bào)警，最后當(dāng)

11、啟動鍵閉合時(shí)啟動燈泡加 熱。鍵盤設(shè)定：用于溫度設(shè)定。共兩個(gè)按鍵。KEY1 (P3.6):設(shè)置溫度“ +”。KEY2( P3.7):設(shè)置溫度“-”。(2)顯示模塊顯示子程序的功能是將緩沖區(qū)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)先轉(zhuǎn)換成 3個(gè)BCD碼，再將其分 別存入百位、十位、個(gè)位3個(gè)顯示緩沖區(qū)，送往串行口，利用單片機(jī)的 P0 口進(jìn)行掃描，讓數(shù)據(jù)動態(tài)的在1602上顯示出來，可顯示設(shè)置溫度和測量溫度。(3)控制模塊溫度控制子程序流程如圖7所示，將當(dāng)前溫度與設(shè)定好的溫度比較，當(dāng)當(dāng)前 溫度小于設(shè)定溫度時(shí)，開啟電熱器；當(dāng)當(dāng)前溫度大于設(shè)定溫度時(shí)，關(guān)閉電熱器;當(dāng)二者相等時(shí)，電熱器保持這一狀態(tài)。控制模塊程序流程(4)溫度報(bào)警模塊根據(jù)設(shè)

12、計(jì)要求，當(dāng)檢測到當(dāng)前溫度值高于設(shè)定溫度值時(shí)報(bào)警， 報(bào)警的同時(shí)關(guān) 閉電熱器。為了防止誤報(bào)，設(shè)置了報(bào)警允許標(biāo)志，只有在允許報(bào)警的情況下，溫 度值高于設(shè)定溫度值時(shí)才報(bào)警。(5)主程序和中斷服務(wù)程序流程主程序采用中斷嵌套方式設(shè)計(jì)，各功能模塊可直接調(diào)用。主程序完成系統(tǒng)的 初始化，溫度預(yù)置及其合法性檢測，預(yù)置溫度的顯示及定時(shí)器 0設(shè)置。定時(shí)器0 中斷服務(wù)子程序是溫度控制體系的主體， 用于溫度檢測、控制和報(bào)警(包括啟動 溫度轉(zhuǎn)換、讀入采樣數(shù)據(jù)、數(shù)字濾波、越限溫度報(bào)警和越限處理、輸出控制脈沖 等)。圖10中斷服務(wù)程序流程圖圖9主程序流程圖五、系統(tǒng)調(diào)試與仿真硬件調(diào)試時(shí)，可先檢查印制板及焊接的質(zhì)量是否符合要求， 有無虛焊點(diǎn)及線路間有無短路、斷路。然后用萬用表檢測，檢查無誤后，可通電檢查LCD液晶顯示器亮度情