計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)恒溫箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)-恒溫箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系 別： 自動(dòng)化工程系 專 業(yè)： 自動(dòng)化 姓 名： wangqiang 學(xué) 號(hào)： 201220307114 指導(dǎo)老師： 2015年6月30日摘 要溫度與生物的生活環(huán)境密切相關(guān)，不同的生物或物體對(duì)溫度的要求都不同。隨著智能控制技術(shù)不斷的發(fā)展，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)以及科學(xué)實(shí)驗(yàn)的許多場(chǎng)合，為了獲取生物或物體所需求的溫度，需要及時(shí)準(zhǔn)確的獲取溫度信息，同時(shí)完成對(duì)溫度的預(yù)期控制，這時(shí)候溫度檢測(cè)與控制系統(tǒng)就顯得尤其的重要。因此，溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究一直備受廣大科研者重視。本次課題設(shè)計(jì)了一個(gè)低成本，高精度的恒溫箱。該設(shè)計(jì)主要從硬件和軟件兩個(gè)方面出發(fā)

2、：1） 在硬件上，選擇stc15f2k60s2單片機(jī)為核心，并以pt100溫度傳感器作為溫度檢測(cè)儀器，采用lcd1602作為顯示器，構(gòu)成了一個(gè)恒溫箱；2） 在軟件上，設(shè)計(jì)了溫度檢測(cè)算法，并在c語(yǔ)言編程環(huán)境下，編寫(xiě)了相應(yīng)的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的算。3）但是由于溫度調(diào)節(jié)的遲滯性以及設(shè)計(jì)上的不足，該系統(tǒng)具有一定的局限性。關(guān)鍵詞： 溫度檢測(cè)；stc152k60s2單片機(jī)；恒溫箱；c語(yǔ)言編程目錄摘要1簡(jiǎn)介2 總體設(shè)計(jì)2.1箱體設(shè)計(jì)與安裝2.2 硬件電路設(shè)計(jì)及仿真3軟件設(shè)計(jì)3.1軟件流程圖及程序設(shè)計(jì)4實(shí)物調(diào)試4.1現(xiàn)象及結(jié)果分析5總結(jié)1 簡(jiǎn)介恒溫箱作為一種常用而必備的器械已經(jīng)廣泛地滲入到生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療

3、等領(lǐng)域中，并發(fā)揮著不可替代的作用。用單片機(jī)對(duì)恒溫箱的溫度進(jìn)行pid控制,控制改變過(guò)零比較后產(chǎn)生pwm波的幅值和周期,使晶閘管的通斷時(shí)間不斷改變,控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速來(lái)降低恒溫箱內(nèi)的溫度，最終使箱內(nèi)的溫度與預(yù)設(shè)定的溫度相同，實(shí)現(xiàn)恒溫。本次設(shè)計(jì)的溫控箱主要用于實(shí)驗(yàn)演示，相對(duì)于實(shí)際的恒溫系統(tǒng)差別不大，根據(jù)具體的需求可以添加不同的模塊。2 總體設(shè)計(jì)首先構(gòu)想整個(gè)過(guò)程設(shè)計(jì)：用木質(zhì)板建立實(shí)際的密封的箱，購(gòu)買(mǎi)制作箱體所需要的電器器件進(jìn)行實(shí)物安裝；用alt designer 控制電子器件的電路圖，通過(guò)規(guī)則檢測(cè)其合理性，然后按照電路圖焊接電路板；之后，軟件程序流程圖構(gòu)想，軟件程序的編寫(xiě)。總體設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)如圖1?？傮w設(shè)計(jì)

4、流程設(shè)計(jì) 圖12.1箱體設(shè)計(jì)與安裝恒溫控制箱的箱體設(shè)計(jì)，根據(jù)所現(xiàn)有的材料進(jìn)行設(shè)計(jì)。有直尺量取矩形板的長(zhǎng)寬以及厚度，選用最小的來(lái)設(shè)計(jì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)箱體的制作。實(shí)際尺寸為460*460mm的正方體溫控箱。內(nèi)置中心對(duì)稱的白熾燈，盡量使溫控箱內(nèi)的受熱均勻，在左右箱壁上正中插入兩個(gè)圓孔，用于安裝散熱風(fēng)扇。其風(fēng)扇的安裝方式是同一方向的吹風(fēng)，即是一個(gè)向箱體內(nèi)吹外界的溫度風(fēng)，一個(gè)向外界抽出去熱風(fēng)。接線的方式，主要是為了美觀與控制方便的原則設(shè)計(jì)，將主要的控制電路以及整流電路放在箱體的被后面，在箱體的正前面主要安置控制開(kāi)關(guān)器件。溫控箱的三視圖如圖2。以及溫控箱的立體模型圖3。溫控箱的三視圖 圖2溫控箱立體圖 圖32.2

5、 硬件電路設(shè)計(jì)及仿真硬件設(shè)計(jì)：選擇stc15f2k60s2單片機(jī)，用pt100熱敏電阻為溫度傳感器，使用lcd1602做顯示器等。軟件設(shè)計(jì)：用c語(yǔ)言編寫(xiě)計(jì)算檢測(cè)的數(shù)據(jù)及要顯示的數(shù)據(jù)程序，還要編寫(xiě)按鍵控制設(shè)定溫度的程序。硬件與軟件連接做成一個(gè)檢測(cè)與控制的恒溫箱。其主要功能是實(shí)時(shí)測(cè)量箱內(nèi)的溫度，并及時(shí)的顯示。測(cè)量時(shí)，溫度測(cè)量?jī)x（溫度傳感器）的測(cè)量端放在恒溫箱內(nèi)部要測(cè)量的地方，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)箱內(nèi)的溫度。然后由溫度變化引起變化信息傳遞給信號(hào)處理器，。將數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)，由單片機(jī)給溫度信息做出反應(yīng)。在控制面板上，可以設(shè)置需要的溫度，如果溫度高于設(shè)置的溫度，則加大風(fēng)速，恒溫箱內(nèi)溫度就會(huì)下降。如果當(dāng)時(shí)的溫度低于設(shè)置

6、的溫度則降低風(fēng)速裝置并對(duì)恒溫箱進(jìn)行加熱，溫度開(kāi)始上升。此外還設(shè)定安全燈，如果恒溫箱出了差錯(cuò)即是當(dāng)溫度測(cè)量?jī)x檢測(cè)到溫度低于設(shè)置溫度10下限時(shí)，則第一個(gè)燈會(huì)亮。或溫度測(cè)量?jī)x檢測(cè)到溫度高于設(shè)置溫度10時(shí)，則第二個(gè)燈會(huì)亮。恒溫箱的電子硬件結(jié)構(gòu)圖3。電子硬件結(jié)構(gòu)圖42.3 放大器的選擇與簡(jiǎn)介電路加放大器，是有些輸入信號(hào)太小了，需要放大器放大很大倍數(shù)。lm358是適合于電池供電的低功耗器件，有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益的、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器。兩片lm358配合使用就能夠?qū)⑤斎刖€圈的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成雙極性的電壓信號(hào)輸出，可以用于單片機(jī)控制的存儲(chǔ)器中待機(jī)波形與實(shí)時(shí)采樣波形數(shù)據(jù)的比較辨別。2.4 熱電阻溫度傳感器

7、熱電阻溫度傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫的一種傳感器溫度計(jì)。在目前較為廣泛應(yīng)用的熱電阻材料有鉑、銅等。鉑的使用范圍一般是-200+850，銅的使用范圍一般是-50150。我這次設(shè)計(jì)的是0800，所以選用鉑作為的熱敏電阻傳感器。鉑熱電阻有pt100，pt250，pt1000等。對(duì)應(yīng)于本次設(shè)計(jì)的要求，選擇pt100作為熱電阻傳感器比較合適。pt100溫度傳感器還具有抗振動(dòng)、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。所以這次設(shè)計(jì)可以選用pt100。采用兩線制兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣消除了導(dǎo)線線路電阻帶來(lái)的測(cè)量誤差。 2.5單片機(jī)外圍電路正個(gè)外圍電路

8、圖52.6 復(fù)位電路單片機(jī)的rst復(fù)位輸入，當(dāng)振蕩器工作時(shí)，rst引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位有按鍵復(fù)位和高電平復(fù)位，高電平復(fù)位是通過(guò)復(fù)位端經(jīng)電容（1022uf）與+5v電源連接，電容c的電壓比較小，rst就為高電平。在電容c充電期間，rst引腳電位會(huì)逐漸減小，當(dāng)rst的電位小于一定值時(shí)，cpu就會(huì)脫離復(fù)位。只要能保證rst的高電平持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。rst的電位由r與單片機(jī)的內(nèi)部電阻的分壓決定的。按鍵復(fù)位電路如圖6所示。復(fù)位電路 圖62.7 液晶顯示電路顯示電路可分為數(shù)碼管顯示和液晶顯示，本次設(shè)計(jì)采用lcd1602液晶顯示，它可以分為共陽(yáng)極和共陰極兩

9、種，電路如圖7所示 圖7液晶顯示電路2.8 恒溫箱硬件電路設(shè)計(jì)單片機(jī)在把數(shù)據(jù)輸出給lcd液晶顯示屏。按鍵控制的連線是按鍵key1key4分別接在單片機(jī)的p0.3-p0.6。按鍵的作用是按下key1后，表示要設(shè)定需要的溫度。在按下key2是對(duì)第小數(shù)位的設(shè)定數(shù)。按key3是加1，按key4是減1。再按下key2鍵是向高位移一位（即是到了個(gè)位），在設(shè)定值。按第三次key2是到第十位設(shè)定。第四次按key2鍵是百位設(shè)定。在按下key2是對(duì)溫度設(shè)定的正負(fù)號(hào)。剛開(kāi)始設(shè)定的是正號(hào)，按key3的次數(shù)為單數(shù)則為正號(hào)，是雙數(shù)為負(fù)號(hào)。按第五次key2鍵數(shù)顯示出設(shè)定的溫度。此后再按key2鍵就此循環(huán)。設(shè)定好了溫度后就按

10、key1鍵。再把設(shè)定好的溫度給單片機(jī)。單片機(jī)會(huì)把檢測(cè)到的溫度跟設(shè)定的溫度對(duì)比。如果檢測(cè)到的溫度高于設(shè)定的溫度，就把自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，如果檢測(cè)到的溫度低于于設(shè)定的溫度就會(huì)絲自動(dòng)降低風(fēng)速，然后恒溫箱的溫度就會(huì)在設(shè)定值上下波動(dòng)。當(dāng)然還設(shè)置了報(bào)警燈了，單片機(jī)的p1.4接led1，p1.5接led2。如果恒溫箱的溫度低于設(shè)定的溫度值20，則led1亮。如果恒溫箱的溫度高過(guò)20比設(shè)定的溫度，則led2亮。如下是硬件設(shè)計(jì)圖。單片機(jī)接線圖 圖8 按鍵電路 圖9報(bào)警電路 圖10放大電路 圖11穩(wěn)壓電源圖12串口電機(jī)接口電路 圖133軟件設(shè)計(jì)通過(guò)keil3建立程序工程，利用串口對(duì)程序進(jìn)行下載，建立程序的整體框架。

11、需要用到的溫度檢測(cè)的用ad轉(zhuǎn)換功能的引腳，利用外界設(shè)計(jì)的參考電壓進(jìn)行線性化處理，是溫度變化與電壓變化線性度更加的好。再通過(guò)lcd1602液晶顯示屏顯示程序?qū)⑿枰@示的溫度值與設(shè)定值顯示，便于看到直觀的溫度。用pwm來(lái)控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，當(dāng)溫度較高時(shí)，溫度高，斬波小，轉(zhuǎn)速快，反之，斬波大，轉(zhuǎn)速慢。來(lái)控制溫度的流通，實(shí)現(xiàn)箱體內(nèi)溫度的控制，這是一個(gè)實(shí)時(shí)檢測(cè)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。3.1軟件流程圖及程序設(shè)計(jì)采集溫度>set開(kāi)始溫度檢測(cè)ad轉(zhuǎn)換程序初始化yy不做任何控制箱體溫度控制控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速散熱啟動(dòng)定時(shí)器對(duì)pwm刷新輸出控制比較值大于set1nyy4實(shí)物調(diào)試將調(diào)試好的硬件電路與溫控制箱安裝好之后，繼續(xù)調(diào)試其

12、控制效果。4.1現(xiàn)象及結(jié)果分析根據(jù)實(shí)際實(shí)際的現(xiàn)象，熱電阻的溫度變化較為靈敏，但是線性化后的可調(diào)溫度范圍比較窄。選擇了，窄的調(diào)溫范圍，精度好的可調(diào)的溫度。同時(shí)，風(fēng)扇的散熱能力不及時(shí)，于是改進(jìn)了，在控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)的時(shí)候，通過(guò)繼電器將控制箱內(nèi)的燈關(guān)斷，已到達(dá)實(shí)驗(yàn)的目的。能夠控制在設(shè)定的溫度。存在一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，沒(méi)有了照明，沒(méi)有真正達(dá)到實(shí)驗(yàn)的正真目的，可以控制溫度。5總結(jié)設(shè)計(jì)的方案要留一定的裕度來(lái)達(dá)到實(shí)際的實(shí)驗(yàn)要求，硬件電路制作不太成熟，任然需要繼續(xù)提高，通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)對(duì)實(shí)踐有了更深的理解，并不是所有的設(shè)計(jì)都是一定能夠達(dá)到要求的。軟件編程的邏輯思維能力也有待提高，簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)。附錄 程序源#include"delay.h"/ 函數(shù): void delay_ms(unsigned char ms)/ 描述: 延時(shí)函數(shù)。/