基于單片機(jī)的智能恒溫箱設(shè)計(jì)

成都理工大學(xué)2011畢業(yè)答辯基于單片機(jī)的智能恒溫箱設(shè)計(jì)作者姓名：####專業(yè)名稱：電氣工程及其自動(dòng)化2020.12前言智能恒溫箱主要是用來

控制溫度。隨著現(xiàn)代科

學(xué)技術(shù)的發(fā)展，恒溫控

制系統(tǒng)可以供科研機(jī)構(gòu)

和醫(yī)院用作細(xì)菌培養(yǎng)之

用，也可用于育種、發(fā)

酵、嬰兒培養(yǎng)箱及其他

生物恒溫實(shí)驗(yàn)，且對其

性能要求也越來越高。

因此，恒溫控制系統(tǒng)的

設(shè)計(jì)有很大的現(xiàn)實(shí)意義。1恒溫箱的系統(tǒng)概述

此次設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)主要是由中央控制器、溫度檢測器、顯示器等模塊組成。

采用單片機(jī)為主控制器，通過數(shù)字傳感器測得箱內(nèi)溫度，再將溫度信號送入主控制器，完成恒溫箱的溫度控制。

箱內(nèi)溫度可保持在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。當(dāng)設(shè)置的溫度高于實(shí)時(shí)溫時(shí)，單片機(jī)送出加熱信號；當(dāng)設(shè)置的溫度低于實(shí)時(shí)溫度時(shí)，單片機(jī)送出制冷信號。1.1

系統(tǒng)的基本組成溫度設(shè)定按鈕：用來設(shè)定預(yù)定溫度。溫度顯示：顯示實(shí)時(shí)溫度和設(shè)定溫度。溫度調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)設(shè)定溫度。

顯示轉(zhuǎn)換按鈕：實(shí)時(shí)溫度和預(yù)設(shè)溫度顯示切換。

溫度采集：用于采集恒溫箱內(nèi)的實(shí)時(shí)溫度。信號指示燈：指示當(dāng)前系統(tǒng)的工作狀態(tài)。1.2恒溫箱的工作過程

設(shè)定預(yù)定溫度：閉合“溫度設(shè)定”開關(guān)，進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài)，此時(shí)顯示設(shè)定的溫度。按“溫度加”，

“溫度減”設(shè)定預(yù)定溫度。

溫度采集和計(jì)算：單片機(jī)通過與溫度傳感器進(jìn)行通信，獲取實(shí)時(shí)溫度信息，并將所獲取的溫度信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為攝氏溫度的形式存儲起來。

溫度比較和溫度調(diào)節(jié)：將存儲的實(shí)時(shí)攝氏溫度與設(shè)定的預(yù)期溫度經(jīng)行比較。實(shí)時(shí)溫度顯示：將實(shí)時(shí)溫度顯示在LED數(shù)碼管上。

設(shè)定溫度顯示：按下“溫度顯示切換”按鍵，然后

LED顯示器就會(huì)顯示設(shè)定預(yù)期的溫度，顯示時(shí)間為數(shù)秒。2智能恒溫箱的硬件設(shè)計(jì)

本章講述了以80C51為核心元件的恒溫箱的硬件電路具體設(shè)計(jì)過程。

主要包括周邊的溫度采集電路，時(shí)鐘電路，溫度控制電路，顯示電路等。設(shè)計(jì)時(shí)注意以下幾個(gè)方面：盡可能采用功能強(qiáng)的芯片，以簡化電路留有設(shè)計(jì)余地，考慮將來修改擴(kuò)展的方便。

片內(nèi)程序空間足夠大，本次采用80C51單片機(jī)。在硬件電路設(shè)計(jì)就預(yù)留出一些I/O端口。2.1

80C51單片機(jī)簡介一個(gè)8位CPU。一個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。4KB

ROM程序存儲器。128B

RAM數(shù)據(jù)存儲器。

可尋址64KB外部數(shù)據(jù)存儲器和

64KB外部程序存儲空間的控制電路。

32條可編程的I/O線（4個(gè)8位并行

I/O端口）。兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)時(shí)器。一個(gè)可編程全雙工串口。5個(gè)中斷源、兩個(gè)中斷優(yōu)先級。2.2時(shí)鐘頻率電路設(shè)計(jì)單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能工作，在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，只需要外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定周期的時(shí)鐘信號送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元，決定單片的工作頻率，時(shí)鐘電路如右所示。時(shí)鐘電路工作原理

一般選用石英晶體振蕩器。此電路大約延遲

10ms后振蕩器起振，在XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為3V左右的正弦波時(shí)鐘信號，其振蕩頻率主要由石英晶體的頻率確定。

單片機(jī)工作時(shí)，由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時(shí)鐘信號的周期稱為時(shí)鐘周期，其大小是時(shí)鐘信號頻率的倒數(shù)，時(shí)鐘信號頻率常用fosc表示。圖中時(shí)鐘頻率為12MHz，即fosc=12MHz，則時(shí)鐘周期為1/12μs。2.3復(fù)位電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的第9腳RST為硬件復(fù)位電路，只要在該端加上持續(xù)4個(gè)機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，復(fù)位后單片機(jī)的各個(gè)狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，其電路圖如右圖所示。手動(dòng)復(fù)位時(shí)，按一下圖中的按鈕即可，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，單片機(jī)的9腳RST管腳處于高電平，此時(shí)單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)。2.4七段LED數(shù)碼管的原理LED數(shù)碼管顯示器由8

個(gè)發(fā)光二極管中的7個(gè)長條發(fā)光二極管按a、

b、c、d、e、f、g順

序組成“8”字形，另一個(gè)點(diǎn)形的發(fā)光二極管

放在右下方，用來顯

示小數(shù)點(diǎn)。2.5顯示電路設(shè)計(jì)圖中RP1為電阻盒，相當(dāng)于8個(gè)獨(dú)立的電阻的一端接在一起并接電源，另外一端分別接出引線，在顯示電路中作為上拉電阻。圖中有2個(gè)七段LED數(shù)碼

管，它們的公共端1、2分別接到單片機(jī)的

P2.0、P2.1口，單片機(jī)的這2個(gè)I/O口輸出位選信號用于動(dòng)態(tài)掃描。2.6開關(guān)鍵盤設(shè)計(jì)指撥開關(guān)面板上通常會(huì)標(biāo)有“ON”或其他記號，若將開關(guān)撥到“ON”的一邊，則接點(diǎn)接通（on），撥到另一邊則為斷開（off）。若要

以開關(guān)作為輸入電路，通常會(huì)接一個(gè)電阻到Vcc或GND，做上拉電阻或下拉電阻。2.7指示燈電路實(shí)時(shí)溫度和設(shè)定溫度切換時(shí)，為了明白LED數(shù)碼管顯示的是哪種溫度，可以用兩個(gè)發(fā)光二極管來指

示，如果標(biāo)有“實(shí)時(shí)溫度”標(biāo)記的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，則表示數(shù)碼管

顯示的是實(shí)時(shí)溫度，如果標(biāo)有“設(shè)定溫度”標(biāo)記的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，則表示數(shù)碼管顯示的是設(shè)定溫度。圖中兩個(gè)發(fā)光二極管分別與單片機(jī)的P2.6，P2.5口相連，單片機(jī)把顯示何種溫度的信號送給這兩個(gè)

口，對應(yīng)的發(fā)光二極管就會(huì)點(diǎn)亮，信號為低電平有效。2.8溫度采集電路DS18B20內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器是一個(gè)振蕩頻

率隨溫度變化很小的振

蕩器，為計(jì)數(shù)器1提供一個(gè)頻率穩(wěn)定的計(jì)數(shù)脈沖。高溫度系數(shù)振蕩器是一

個(gè)振蕩頻率對溫度很敏

感的振蕩器，為計(jì)數(shù)器2提供一個(gè)頻率隨溫度變

化的計(jì)數(shù)脈沖。溫度計(jì)算方法舉例

例如當(dāng)DS18B20采集到+125℃的實(shí)際溫度后，輸出為07D0H，則：實(shí)際溫度=07D0H╳0.0625=2000╳0.0625=125.0℃。

例如當(dāng)DS18B20采集到-55℃的實(shí)際溫度后，輸出為FC90H，則應(yīng)先將11位數(shù)據(jù)位取反加1得370H（符號位不變，也不作為計(jì)算），則：實(shí)際溫度=370H╳0.0625=880╳0.0625=55.0℃?？傮w硬件電路圖3軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

監(jiān)控軟件，它是專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系，使在系統(tǒng)軟件中充當(dāng)組織調(diào)度角色的軟件。

執(zhí)行軟件，它能完成各種實(shí)質(zhì)性的功能，如測量，計(jì)算，顯示，打印，輸出控制和通信等。

本程序中包括了以下主要程序：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，顯示切換子程序。3.1主程序流程圖開始初始化設(shè)定溫度溫度采集計(jì)算溫度比較處理顯示溫度溫度顯示切換結(jié)束3.2溫度設(shè)定子程序流程圖3.3溫度比較子程序流程圖溫度比較子程序A,TEMPER_SET,COMPP1.0?COMPARE:?DIV

AB?MOV

TEMPER_SET,R0?CJNEA,#0H,COMP1???MOV

A,R7CJNESETB??SETBP1.1CLRP1.0?SETBP1.1??LJMP

EXITCOMP1:??RETCOMP:?SETBP1.0??MOVA,R7MOV

B,R0???CLR

P1.1EXIT:RET5軟件調(diào)試與仿真具體仿真過程如下：致謝此次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利完成與我的導(dǎo)師孫莉莉的悉心指導(dǎo)是分不開的。在此，我向?qū)O老師致以真誠的謝意和敬意！感謝同學(xué)們在做論文時(shí)