基于單片機的恒溫箱課程設計

1、成都理工大學工程技術學院恒溫箱控制系統(tǒng)課程設計報告 系別： 自動化工程系 專業(yè)： 自動化 姓名： 杜 亮 學號： 201120307202 2014年6月16日摘要溫度的測量與控制在工業(yè)、農業(yè)、國防等行業(yè)有著廣泛的應用。隨著微電子技術的發(fā)展，各種高性能的半導體集成溫度傳感器，在溫度測控領域得到了極為廣泛的應用。恒溫箱的智能控制系統(tǒng)是用半導體溫度傳感器做測溫器，用單片機控制溫度平衡，最終達到恒溫的目的。本文對系統(tǒng)所能實現(xiàn)的功能做了簡單介紹，并簡單介紹了系統(tǒng)使用的51單片機的性能和發(fā)展情況；同時對ds18b20做了介紹。本文重點介紹了系統(tǒng)硬件的分析與設計，對硬件各部分的電路一一進行了介紹。繪制了電

2、路原理圖，并進行了電路的焊接，完成了系統(tǒng)的硬件調試。根據(jù)硬件的設計和系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能，本設計對軟件也進行了設計，并經(jīng)過反復的模擬運行、調試，完成了系統(tǒng)的軟件設計，最后形成了一套完整的智能溫度控制系統(tǒng)。關鍵詞：溫度平衡 ds18b20 51單片機目錄摘要- 1 -目錄- 2 -前言- 3 -1 系統(tǒng)設計分析- 4 -1.1 設計題目要求- 4 -1.2 設計方案選擇- 4 -2 硬件電路設計- 5 -2.1 硬件電路設計- 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 程序設計- 7

3、-3.1 程序設計介紹- 7 -3.2 程序編寫- 7 -4 總結- 14 -前言近年來為了保證產品的質量，各個行業(yè)行為規(guī)范就越來越高，眾多機械類、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的指標可以達到國家技術所要求的規(guī)定，必須對其進行檢測，保證產品的質量1。本系統(tǒng)所設計、研發(fā)的數(shù)字恒溫箱能非常好地解決這些問題。溫度的控制系統(tǒng)是自動控制系統(tǒng)較為復雜的控制，其控制的滯后性是整個系統(tǒng)中最難克服的難題，因為溫度的變化是純滯后環(huán)節(jié)，而溫度的控制也是一個慣性大，應變慢的控制對象2。在溫度的控制系統(tǒng)中一般用到的是較為先進的控制系統(tǒng)理論和控制算法。本系統(tǒng)中采用了pi

4、d算法，其算法應用到了系統(tǒng)軟件的設計中，對整個加熱過程使用模糊pid控制方案，對于加熱過程中所產生的各種干擾和恒溫箱的慣性問題都進行了分析3。恒溫箱的智能控制系統(tǒng)采用半導體集成溫度傳感器滿足溫度測量要求，溫度傳感器將采集的溫度信號轉換成電流信號，然后再由轉換電路將電流信號轉換為電壓信號，通過放大電路和模/數(shù)轉換芯片將電壓信號轉換成數(shù)字信號，由單片機處理后，將測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統(tǒng)一管理,各有關運行參數(shù)的設定，可通過鍵盤輸入，設定溫度、箱溫實時值在液晶顯示模塊上顯示，操作方便。該系統(tǒng)具有實時溫度顯示和溫度設定功能，還具有溫度上、下限報警和自動控制

5、功能。當溫度高于或低于設定值一定程度時，發(fā)出生光報警，消除由于單片機系統(tǒng)意外失控所造成的危險，提高了恒溫箱工作的可靠性和使用安全性。設計任務為：用單片機設計一個控制溫度范圍在3080的智能溫度控制系統(tǒng)。設計要求：完成該系統(tǒng)的軟硬件設計，學習掌握單片機采集測控系統(tǒng)的設計方法，提高學習新知識、新技能的能力，培養(yǎng)獨立設計的能力。1 系統(tǒng)設計分析1.1 設計題目要求根據(jù)計算機控制技術課程的知識點，設計一個基于單片機的恒溫箱控制系統(tǒng)。設計任務書要求設計一個以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)行器的小型計算機控制系統(tǒng)。在p

6、roteus下仿真進行驗證。1.2 設計方案選擇 本設計的目的在于使箱內有一個恒溫環(huán)境，當溫度過高時要使溫度能夠降低，當溫度過低時要使溫度能夠升高。溫度傳感器ds18b20是“一線總線”接口，且可以直接讀出被測溫度，測溫范圍大，因此選擇ds18b20來采集溫度。半導體制冷片是用直流電流使其運轉的，可以連續(xù)的工作，且既有加熱和制冷兩種功能，使用兩個繼電器改變半導體的電流方向以實現(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，質量輕，耗電小，而且顯示內容多。整個系統(tǒng)選擇由stc89c51最小系統(tǒng)控制，stc89c51系列單片機具有強抗干擾、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，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可任意選擇。2 硬件電路設計2.1 硬件電路設計 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，本設計中采用ds18b20溫度傳感器，該溫度傳感器應用時不需要任何外部器件即可實現(xiàn)測溫電路，只通過一條數(shù)據(jù)線即可實現(xiàn)通信，精度可達到0.0625，測量溫度可從-55+125，且內部設有溫度上、下限告警功能。設計如圖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，是一種改進型的只能溫度

8、傳感器，“一線總線”接口，相對于傳統(tǒng)溫度傳感器精度高、穩(wěn)定性好、電路簡單、控制方便。能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。ds18b20的性能特點：可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：3.05.5v；測溫范圍：-55+125；無須外部器件，獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；多個ds18b20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能；零待機功耗；用戶可定義的非易失性溫度報警設置；報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；可編程的分辨率為912位，對應的可分辨溫度分別為0.50.25、0.125和0.0625；負壓特性：電源極性接反時

9、，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。ds18b20的引腳圖和內部結構分別如圖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。本設計采用共陽極led數(shù)碼管顯示，led數(shù)碼管價格便宜，電路簡單，質量輕，可以顯示簡單的英文和數(shù)字，能夠滿足系統(tǒng)要求。設計如圖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 程序設計3.1 程序設計介紹程序編寫使用keil4軟件，使用c語言編寫。c語言是一種計算機程序設計語言，它既具有高級語言的特點，又具有匯編語言的特點。它的應用范圍廣泛，具備很強的數(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語言，適于編寫系統(tǒng)軟件，二維，三維圖形和動畫，具有應用比如單片機以及嵌入式系統(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; /高溫報警引腳sbit l_warn=p11; /低溫報警引腳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 0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10;/09帶小數(shù)點 /共陽極數(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);/*定時器0和中斷系統(tǒng)初始化*/void init() heat=1; tmod=0x11; th0=(65536-1000)/256; /1ms時基 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，這樣剛好一個字節(jié)在dat里return(dat);void tempwritebyte(uchar dat) /向ds18b20寫一個字節(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開始獲取溫度并轉換dsreset();delay(1);tempwritebyte(0xcc); /寫跳過讀rom指令tempwritebyte(0x44); /寫溫度轉換指令uint get_temp() /讀取寄存器中存儲的溫度數(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