基于單片機(jī)的恒溫箱課程設(shè)計(jì)

1、成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院恒溫箱控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 系別： 自動(dòng)化工程系 專業(yè)： 自動(dòng)化 姓名： 杜 亮 學(xué)號(hào)： 201120307202 2014年6月16日摘要溫度的測(cè)量與控制在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，各種高性能的半導(dǎo)體集成溫度傳感器，在溫度測(cè)控領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。恒溫箱的智能控制系統(tǒng)是用半導(dǎo)體溫度傳感器做測(cè)溫器，用單片機(jī)控制溫度平衡，最終達(dá)到恒溫的目的。本文對(duì)系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的功能做了簡(jiǎn)單介紹，并簡(jiǎn)單介紹了系統(tǒng)使用的51單片機(jī)的性能和發(fā)展情況；同時(shí)對(duì)ds18b20做了介紹。本文重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)硬件的分析與設(shè)計(jì)，對(duì)硬件各部分的電路一一進(jìn)行了介紹。繪制了電

2、路原理圖，并進(jìn)行了電路的焊接，完成了系統(tǒng)的硬件調(diào)試。根據(jù)硬件的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，本設(shè)計(jì)對(duì)軟件也進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并經(jīng)過(guò)反復(fù)的模擬運(yùn)行、調(diào)試，完成了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，最后形成了一套完整的智能溫度控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：溫度平衡 ds18b20 51單片機(jī)目錄摘要- 1 -目錄- 2 -前言- 3 -1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析- 4 -1.1 設(shè)計(jì)題目要求- 4 -1.2 設(shè)計(jì)方案選擇- 4 -2 硬件電路設(shè)計(jì)- 5 -2.1 硬件電路設(shè)計(jì)- 5 -2.1.1 傳感器- 5 -2.1.2 溫度傳感器ds18b20- 6 -2.1.3 led數(shù)碼管顯示電路- 6 -2.2 硬件總電路圖- 7 -3 程序設(shè)計(jì)- 7

3、-3.1 程序設(shè)計(jì)介紹- 7 -3.2 程序編寫- 7 -4 總結(jié)- 14 -前言近年來(lái)為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，各個(gè)行業(yè)行為規(guī)范就越來(lái)越高，眾多機(jī)械類、醫(yī)藥類、化工類、建筑類等工業(yè)和企業(yè)都離不開恒溫箱的使用；為了確保恒溫箱許多主要技術(shù)的指標(biāo)可以達(dá)到國(guó)家技術(shù)所要求的規(guī)定，必須對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，保證產(chǎn)品的質(zhì)量1。本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)、研發(fā)的數(shù)字恒溫箱能非常好地解決這些問(wèn)題。溫度的控制系統(tǒng)是自動(dòng)控制系統(tǒng)較為復(fù)雜的控制，其控制的滯后性是整個(gè)系統(tǒng)中最難克服的難題，因?yàn)闇囟鹊淖兓羌儨蟓h(huán)節(jié)，而溫度的控制也是一個(gè)慣性大，應(yīng)變慢的控制對(duì)象2。在溫度的控制系統(tǒng)中一般用到的是較為先進(jìn)的控制系統(tǒng)理論和控制算法。本系統(tǒng)中采用了pi

4、d算法，其算法應(yīng)用到了系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)中，對(duì)整個(gè)加熱過(guò)程使用模糊pid控制方案，對(duì)于加熱過(guò)程中所產(chǎn)生的各種干擾和恒溫箱的慣性問(wèn)題都進(jìn)行了分析3。恒溫箱的智能控制系統(tǒng)采用半導(dǎo)體集成溫度傳感器滿足溫度測(cè)量要求，溫度傳感器將采集的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，然后再由轉(zhuǎn)換電路將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，通過(guò)放大電路和模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，由單片機(jī)處理后，將測(cè)量得到的溫度值顯示于液晶顯示器上。系統(tǒng)的全部輸入輸出控制集中由單片機(jī)統(tǒng)一管理,各有關(guān)運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定，可通過(guò)鍵盤輸入，設(shè)定溫度、箱溫實(shí)時(shí)值在液晶顯示模塊上顯示，操作方便。該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)溫度顯示和溫度設(shè)定功能，還具有溫度上、下限報(bào)警和自動(dòng)控制

5、功能。當(dāng)溫度高于或低于設(shè)定值一定程度時(shí)，發(fā)出生光報(bào)警，消除由于單片機(jī)系統(tǒng)意外失控所造成的危險(xiǎn)，提高了恒溫箱工作的可靠性和使用安全性。設(shè)計(jì)任務(wù)為：用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)控制溫度范圍在3080的智能溫度控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)要求：完成該系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)掌握單片機(jī)采集測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，提高學(xué)習(xí)新知識(shí)、新技能的能力，培養(yǎng)獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力。1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析1.1 設(shè)計(jì)題目要求根據(jù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程的知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的恒溫箱控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)任務(wù)書要求設(shè)計(jì)一個(gè)以8088cpu或pc總線為核心，以ai、di和ao、do通道為主要接口，外配led顯示、鍵盤操作以及包括傳感變送器及執(zhí)行器的小型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。在p

6、roteus下仿真進(jìn)行驗(yàn)證。1.2 設(shè)計(jì)方案選擇 本設(shè)計(jì)的目的在于使箱內(nèi)有一個(gè)恒溫環(huán)境，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)要使溫度能夠降低，當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)要使溫度能夠升高。溫度傳感器ds18b20是“一線總線”接口，且可以直接讀出被測(cè)溫度，測(cè)溫范圍大，因此選擇ds18b20來(lái)采集溫度。半導(dǎo)體制冷片是用直流電流使其運(yùn)轉(zhuǎn)的，可以連續(xù)的工作，且既有加熱和制冷兩種功能，使用兩個(gè)繼電器改變半導(dǎo)體的電流方向以實(shí)現(xiàn)加熱（制冷）工作。顯示方面則選用lcd1602,可以顯示英文及數(shù)字，質(zhì)量輕，耗電小，而且顯示內(nèi)容多。整個(gè)系統(tǒng)選擇由stc89c51最小系統(tǒng)控制，stc89c51系列單片機(jī)具有強(qiáng)抗干擾、高速、低功耗的功能，且指令代碼完全兼

7、容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可任意選擇。2 硬件電路設(shè)計(jì)2.1 硬件電路設(shè)計(jì) 圖2.1系統(tǒng)總體框圖2.1.1 傳感器溫度采集器件使用溫度傳感器，溫度傳感器包括熱電偶、熱敏電阻、rtd和ic溫度傳感器等幾種，本設(shè)計(jì)中采用ds18b20溫度傳感器，該溫度傳感器應(yīng)用時(shí)不需要任何外部器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫電路，只通過(guò)一條數(shù)據(jù)線即可實(shí)現(xiàn)通信，精度可達(dá)到0.0625，測(cè)量溫度可從-55+125，且內(nèi)部設(shè)有溫度上、下限告警功能。設(shè)計(jì)如圖2.2所示：圖2.2 ds18b20溫度傳感器2.1.2 溫度傳感器ds18b20 溫度傳感器ds18b20是數(shù)字式溫度傳感器，是一種改進(jìn)型的只能溫度

8、傳感器，“一線總線”接口，相對(duì)于傳統(tǒng)溫度傳感器精度高、穩(wěn)定性好、電路簡(jiǎn)單、控制方便。能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。ds18b20的性能特點(diǎn)：可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：3.05.5v；測(cè)溫范圍：-55+125；無(wú)須外部器件，獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；多個(gè)ds18b20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；零待機(jī)功耗；用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置；報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；可編程的分辨率為912位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.50.25、0.125和0.0625；負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)

9、，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。ds18b20的引腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)分別如圖2.3所示：圖2.3 ds18b20封裝圖2.1.3 led數(shù)碼管顯示電路顯示方式可選擇led數(shù)碼管，也可選擇字符型lcd顯示。本設(shè)計(jì)采用共陽(yáng)極led數(shù)碼管顯示，led數(shù)碼管價(jià)格便宜，電路簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，可以顯示簡(jiǎn)單的英文和數(shù)字，能夠滿足系統(tǒng)要求。設(shè)計(jì)如圖2.4所示：圖2.4 led數(shù)碼管2.2 硬件總電路圖圖2.5 系統(tǒng)總電路圖3 程序設(shè)計(jì)3.1 程序設(shè)計(jì)介紹程序編寫使用keil4軟件，使用c語(yǔ)言編寫。c語(yǔ)言是一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它既具有高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，又具有匯編語(yǔ)言的特點(diǎn)。它的應(yīng)用范圍廣泛，具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處

10、理能力，不僅僅在軟件開發(fā)上，而且各類科研都需要用到c語(yǔ)言，適于編寫系統(tǒng)軟件，二維，三維圖形和動(dòng)畫，具有應(yīng)用比如單片機(jī)以及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。3.2 程序編寫#include reg52.h#includeabsacc.h/*duliang 201120307202*/*2014.6.18*/#define uint unsigned int#define ulint unsigned long int#define uchar unsigned charsbit p20=p20; /數(shù)碼管位選sbit p21=p21;sbit p22=p22;sbit p23=p23;sbit ds=p27; /

11、ds18b20引腳sbit heat=p25; /加熱引腳sbit cooling=p26;/降溫引腳sbit h_warn=p10; /高溫報(bào)警引腳sbit l_warn=p11; /低溫報(bào)警引腳bit time20ms=0;unsigned int wendu_value = 0;float f_temp;uint temp;uint set_temp_h=55,set_temp_l=45; /溫度設(shè)定uint temp_shi=0,temp_ge=0,temp_xiaoshu=0;uchar temp_wela=0;uchar code table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0

12、,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,/09不帶小數(shù)點(diǎn) 0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10;/09帶小數(shù)點(diǎn) /共陽(yáng)極數(shù)碼管 uchar keyscan_num;/*子程序聲明*/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

13、();uchar keyscan(void);/*定時(shí)器0和中斷系統(tǒng)初始化*/void init() heat=1; tmod=0x11; th0=(65536-1000)/256; /1ms時(shí)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_v

14、alue(set_temp_h*10)cooling=0;h_warn=0;elsecooling=1;h_warn=1;break; void timer0(void) interrupt 1static 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=

15、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;/*數(shù)碼管顯示子程序*/voi

16、d 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=tabletemp_shi;p20=1; if(temp_wela=1)p0=tabletemp_ge+10;p21=1;if(temp_wela=2)p0=tabletemp_xiaoshu;p22=1;temp_wela+;if(temp_wela=3)temp_wela=0;/*溫度讀取子程序*/void delay(

17、uint delay_x)uint x,y; for(x=delay_x;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void dsreset(void) /ds18b20復(fù)位，初始化函數(shù)uint i;ds=0;i=103;while(i0)i-;ds=1;i=4;while(i0)i-;bit tempreadbit(void) /讀一位數(shù)據(jù)函數(shù)uint i;bit dat;ds=0;i+;ds=1;i+;i+;dat=ds;i=8;while(i0)i-;return(dat);uchar tempread(void) /讀1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù)uchar i,j,dat;dat=0;for(

18、i=1;i=8;i+)j=tempreadbit();dat=(j1); /讀出的數(shù)據(jù)最低位在最前面，這樣剛好一個(gè)字節(jié)在dat里return(dat);void tempwritebyte(uchar dat) /向ds18b20寫一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù)uint i;uchar j;bit testb;for(j=1;j1;if(testb) /寫1ds=0;i+;i+;ds=1;i=8;while(i0)i-;elseds=0; /寫0i=8;while(i0)i-;ds=1;i+;i+;void tempchange(void) /ds18b20開始獲取溫度并轉(zhuǎn)換dsreset();delay(1);tempwritebyte(0xcc); /寫跳過(guò)讀rom指令tempwritebyte(0x44); /寫溫度轉(zhuǎn)換指令uint get_temp() /讀取寄存器中存儲(chǔ)的溫度數(shù)據(jù)uchar a,b;dsreset();delay(1);tempwritebyte(0xcc); tempwritebyte(0xbe);a=tempread(); /讀低8位b=tempread(); /讀高8位temp=b;temp=8;temp=temp|a;f_temp=temp*0.0625;te