恒溫控制系統(tǒng)開(kāi)題報(bào)告[學(xué)習(xí)類(lèi)別]

1、SJ003-1 2016 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告二級(jí)學(xué)院： 電氣與光電工程學(xué)院 班 級(jí)： 12測(cè)二 學(xué) 生： 宋蘇悅 學(xué) 號(hào)： 12050213 指導(dǎo)教師： 鮑玉軍 職 稱(chēng)： 副教授 課題名稱(chēng)嵌入式恒溫培養(yǎng)箱設(shè)計(jì)課題類(lèi)型R畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文起止時(shí)間2016.2.226.24開(kāi)題報(bào)告（畢業(yè)設(shè)計(jì)：含課題來(lái)源及現(xiàn)狀、設(shè)計(jì)要求、工作內(nèi)容、設(shè)計(jì)方案、技術(shù)路線、預(yù)期目標(biāo)、時(shí)間安排及參考文獻(xiàn)等。字?jǐn)?shù)為3000以上。）一、課題來(lái)源及現(xiàn)狀隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，恒溫控制已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。如，可以根據(jù)動(dòng)物生活習(xí)性的需要控制飼養(yǎng)棚合適的溫度來(lái)進(jìn)行孵卵或動(dòng)物培養(yǎng)；

2、在農(nóng)業(yè)上，可用于種子的發(fā)芽；在科學(xué)實(shí)驗(yàn)上，可產(chǎn)生恒溫環(huán)境用于各種細(xì)菌培養(yǎng)等；在醫(yī)學(xué)上，可用于做細(xì)菌培養(yǎng)、放射免疫分析、血清溶化、石臘熔化、試管消毒等。智能恒溫箱的性能在很大程度上取決于對(duì)溫度的控制性能，本課題采用單片機(jī)為主控制器，通過(guò)熱電式傳感器測(cè)得箱內(nèi)溫度，再將溫度信號(hào)送入主控制器，來(lái)完成恒溫箱的溫度控制系統(tǒng)的硬件。箱內(nèi)溫度可保持在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)，當(dāng)設(shè)置的溫度低于實(shí)時(shí)溫度時(shí)，單片機(jī)送出加熱信號(hào)；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(hào)，實(shí)現(xiàn)恒溫箱的自動(dòng)溫度控制。在不同的領(lǐng)域內(nèi)，由于控制環(huán)境、目標(biāo)等因素，需要針對(duì)具體情況來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)和功能，以取得最佳的控制效果。目前，國(guó)外溫度控制系

3、統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方面快速發(fā)展。雖然溫度控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行業(yè)的應(yīng)用十分廣泛，但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器及技術(shù)來(lái)講，其發(fā)展水平仍然不高，同國(guó)外的日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比，仍然有較大的差距。我國(guó)目前在恒溫控制技術(shù)這方面的技術(shù)水平處于20世紀(jì)80年代中后期水平，只能適應(yīng)于一般的溫度系統(tǒng)控制。我國(guó)對(duì)于溫度測(cè)控技術(shù)的研究較晚，始于20世紀(jì)80年代。我國(guó)工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達(dá)國(guó)家溫度測(cè)控技術(shù)的基礎(chǔ)上，才掌握了溫度室內(nèi)微機(jī)控制技術(shù)，該技術(shù)僅限于對(duì)溫度的單項(xiàng)環(huán)境因子的控制。我國(guó)溫度測(cè)控設(shè)施計(jì)算機(jī)應(yīng)用，在總體上正從消化吸收、簡(jiǎn)單應(yīng)用階段向?qū)嵱没?、綜合性應(yīng)用階段過(guò)渡和發(fā)展。在技術(shù)上，以單片

4、機(jī)控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，尚無(wú)真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在較大差距。我國(guó)溫度測(cè)量控制現(xiàn)狀還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到工廠化的程度，生產(chǎn)實(shí)際中仍然有許多問(wèn)題困擾著我們，存在著裝備配套能力差，產(chǎn)業(yè)化程度低，環(huán)境控制水平落后，軟硬件資源不能共享和可靠性差等缺點(diǎn)。在適應(yīng)與較高控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)技術(shù)還不十分成熟。因此，我國(guó)在恒溫控制等控制儀表行業(yè)與國(guó)外還有一定差距。今年來(lái)，國(guó)內(nèi)傳感器正向著集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和單片機(jī)的方向發(fā)展，為開(kāi)發(fā)新一代溫度測(cè)量系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件。隨著單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，通過(guò)單片機(jī)對(duì)被控制對(duì)象控制日益廣泛，具有體積小、功能強(qiáng)、性價(jià)比高等特點(diǎn)，

5、把單片機(jī)應(yīng)用于溫度控制系統(tǒng)中可以起到更好的控溫作用，智能恒溫箱是使用單片機(jī)進(jìn)行溫度控制的典型應(yīng)用，采用單片機(jī)做主控單元可完成對(duì)溫度的采集和控制等的要求。在智能恒溫箱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，用數(shù)字傳感器將溫度信號(hào)以數(shù)字信號(hào)的方式傳送給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后的溫度數(shù)值，一方面顯示；另一方面與給定值經(jīng)行比較，判斷溫度高低，從而采取相應(yīng)的措施：加熱或者制冷。使溫度達(dá)到設(shè)定值。二、設(shè)計(jì)要求恒溫控制在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中舉足輕重，溫度的控制直接影響著工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)量和質(zhì)量。本課題基于單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)恒溫箱控制系統(tǒng)，系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分，其中硬件包括數(shù)據(jù)采集、顯示、控制及溫度傳感器的設(shè)計(jì)，軟件包括鍵盤(pán)管理程序設(shè)計(jì)、顯示

6、程序設(shè)計(jì)、控制程序設(shè)計(jì)。能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)置和調(diào)節(jié)初始溫度值，進(jìn)行數(shù)碼顯示。設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)的控制方案能夠保證精度，考慮系統(tǒng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。運(yùn)用所學(xué)單片機(jī)、模擬和數(shù)字電路、以及測(cè)控系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)，設(shè)計(jì)出一臺(tái)以AT89C52為核心的恒溫箱控制器，對(duì)恒溫箱的溫度進(jìn)行控制。完成恒溫箱溫度的檢測(cè)、控制信號(hào)的輸出、顯示及鍵盤(pán)接口電路等部分的軟、硬件設(shè)計(jì)，利用按鍵（自行定義）進(jìn)行溫度的設(shè)定，同時(shí)將當(dāng)前溫度的測(cè)量值顯示在液晶顯示屏上。三、工作內(nèi)容 恒溫培養(yǎng)箱已經(jīng)成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、食品、生化等行業(yè)(部門(mén))實(shí)驗(yàn)室中的重要實(shí)驗(yàn)裝置；恒溫培養(yǎng)箱能夠始終將箱體內(nèi)溫度保持穩(wěn)定。使用單片機(jī)實(shí)時(shí)地將培養(yǎng)箱內(nèi)溫度傳感

7、器所采集的溫度值與所設(shè)定的恒溫值進(jìn)行比較和處理，并對(duì)加熱器等裝置進(jìn)行控制，從而監(jiān)控并保持箱體內(nèi)的溫度值恒定。（1）了解溫度傳感器特點(diǎn)及其適用范圍，針對(duì)恒溫箱進(jìn)行合理的選型；（2）掌握控制器單片機(jī)的有關(guān)知識(shí)，并熟悉其編程；（3）對(duì)單片機(jī)測(cè)控程序及其接口技術(shù)作重點(diǎn)的掌握；（4）在以上幾個(gè)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，進(jìn)行課題的總體設(shè)計(jì)，繪制系統(tǒng)的總體電路。選擇合適的相關(guān)硬件，最終完成本課題的設(shè)計(jì)。四、設(shè)計(jì)方案4.1系統(tǒng)的主要功能該系統(tǒng)主要是借用單片機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)的智能恒溫箱，包括溫度設(shè)定按鈕，溫度顯示，溫度調(diào)節(jié)，實(shí)時(shí)溫度顯示和預(yù)定溫度顯示轉(zhuǎn)換按鈕，溫度采集等。顯示系統(tǒng)除了顯示實(shí)時(shí)的溫度還能顯示設(shè)定溫度的上限和下

8、限，也就是人們想要保持的溫度的范圍。系統(tǒng)的主要功能模塊方框圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)主要功能模塊方框圖本系統(tǒng)是采用模塊化設(shè)計(jì)的智能恒溫箱，在生活中有廣泛的應(yīng)用，使用時(shí)可以自行調(diào)節(jié)預(yù)期的恒溫溫度，調(diào)節(jié)范圍為099。調(diào)節(jié)好后系統(tǒng)會(huì)將采集來(lái)的實(shí)時(shí)溫度與設(shè)定的預(yù)期溫度進(jìn)行比較，如果實(shí)時(shí)溫度比設(shè)定溫度高就開(kāi)啟制冷設(shè)備，如果實(shí)時(shí)溫度比預(yù)期溫度低就開(kāi)啟加熱設(shè)備。如果溫度一樣則不開(kāi)啟加熱或制冷設(shè)備。在顯示電路上顯示的是實(shí)時(shí)的溫度和預(yù)期溫度。單片機(jī)整個(gè)恒溫箱的核心，內(nèi)部電路設(shè)計(jì)用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)。它完成了溫度參數(shù)設(shè)定，溫度采集計(jì)算，溫度顯示，溫度比較，溫度調(diào)節(jié)等功能。4.2智能恒溫箱的工作流程單片機(jī)恒溫箱的基本工作原理

9、：在使用恒溫箱時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將從溫度傳感器采集來(lái)的溫度轉(zhuǎn)化為攝氏度的形式，轉(zhuǎn)化完成后與事先設(shè)定的預(yù)期溫度進(jìn)行比對(duì)，然后根據(jù)比對(duì)的結(jié)果采取相應(yīng)的措施（輸出升溫信號(hào)或輸出降溫信號(hào)）來(lái)不斷地來(lái)表示出達(dá)到預(yù)期的溫度。并且系統(tǒng)能夠顯示實(shí)時(shí)的溫度和設(shè)定的預(yù)期溫度。恒溫箱的工作流程如圖2所示：圖2 恒溫箱的工作流程（1）設(shè)定預(yù)期溫度。如果想調(diào)節(jié)預(yù)期的溫度，先按下“溫度設(shè)定”開(kāi)關(guān)，進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài)，此時(shí)才會(huì)先顯示設(shè)定需要保持溫度的上限，如果想加一攝氏度就按下“加1”鍵，如果想減一攝氏度就按一下“減1”鍵，溫度顯示器上會(huì)顯示改變后的溫度。再按下“溫度上下限設(shè)定轉(zhuǎn)換”按鈕，此時(shí)設(shè)定為需要保持溫度下限，操作與上限操作方法相

10、同。要退出調(diào)節(jié)狀態(tài)，再次按下“溫度設(shè)定”開(kāi)關(guān)即可。（2）溫度采集和計(jì)算。51單片機(jī)通過(guò)與數(shù)字溫度傳感器DS18B20，獲取實(shí)時(shí)溫度信息，并將所獲取的溫度信息數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，轉(zhuǎn)化為攝氏溫度的形式存儲(chǔ)起來(lái)。（3）溫度比較和溫度調(diào)節(jié)。將存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)攝氏溫度與設(shè)定的預(yù)期溫度經(jīng)行比較。如果實(shí)時(shí)溫度高于設(shè)定溫度上限，則降溫二極管亮；如果實(shí)時(shí)溫度低于設(shè)定溫度下限，則升溫二極管亮。（4）設(shè)定溫度顯示。五、技術(shù)路線5.1恒溫箱的硬件設(shè)計(jì)主要部分的芯片為80C51單片機(jī)，主要部分的傳感器為溫度傳感器DS18B20。溫度傳感器接到單片機(jī)的P1.2口。兩個(gè)發(fā)光二極管“HEAT”和“COOL”分別表示傳送給加熱器和制冷器的

11、啟動(dòng)信號(hào)，分別接到單片機(jī)的P1.0，P1.1口。如果“HEAT”燈點(diǎn)亮表示溫度過(guò)低，需要升溫，需要加熱器工作；如果“COOL”燈點(diǎn)亮表示溫度過(guò)高，需要降溫，需要制冷機(jī)工作。而在實(shí)際電路中，分別以紅色二極管和綠色二極管表示“HEAT”“COOL”。按鍵“溫度上下限切換”是用于切換溫度的上限和下限值的按鍵。當(dāng)按鍵進(jìn)入溫度設(shè)定后，最先只能設(shè)定溫度范圍的上限值，如果想要對(duì)溫度下限進(jìn)行設(shè)定的話，就必須要按下“溫度上下限切換”按鈕，此后便可以對(duì)溫度下限值進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)再次按下“溫度上下限切換”時(shí)便又可以對(duì)溫度的上限值進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)設(shè)定完溫度的上下限值后再按下“溫度設(shè)定”按鈕保存溫度設(shè)定的值范圍。此時(shí)便該系統(tǒng)便

12、開(kāi)始工作。5.2恒溫箱的軟件設(shè)計(jì)在本程序中包括了以下主要的程序，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。5.2.1主程序流程圖如圖3圖3 恒溫箱的工作流程主程序的主要功能是設(shè)置傳感器、負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20的測(cè)量的當(dāng)前溫度值，溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度。 5.2.2溫度設(shè)定子程序 溫度設(shè)定子程序流程圖如圖4所示：圖4溫度設(shè)定子程序流程圖5.2.3溫度采集計(jì)算子程序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

13、對(duì)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。溫度采集計(jì)算子程序如圖5所示：圖5 溫度采集計(jì)算子程序流程圖DS18B20工作過(guò)程一般遵循以下協(xié)議：初始化ROM操作命令存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù)。六 預(yù)期目標(biāo)1、完成系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)；2、通過(guò)按鍵可設(shè)置箱體溫度值；3、實(shí)際顯示溫度值范圍為099，最小區(qū)分度為0.1；4、溫度控制誤差低于1；完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。七 時(shí)間安排14周：熟悉課題，查找資料，總體分析，設(shè)計(jì)方案完成開(kāi)題報(bào)告；57周：明確方案，對(duì)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵部分進(jìn)行論證與設(shè)計(jì)；811周：硬件元件選、電路設(shè)計(jì)、原理圖繪制；1216周：程序編制和調(diào)試；17周：設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)；18

14、周：修改定稿，準(zhǔn)備答辯。八、參考文獻(xiàn)1何立民.單片機(jī)高級(jí)教程應(yīng)用與設(shè)計(jì)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20072胡漢才.單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.北京:清華大學(xué)出版社,19993歐陽(yáng)文. ATMEL89系列單片機(jī)的原理與開(kāi)發(fā)實(shí)踐M. 北京:中國(guó)電力出版社，2007.6 4劉亮.先進(jìn)傳感器及應(yīng)用M.化學(xué)工業(yè)出版社，2005 5潘永雄.新編單片機(jī)原理與應(yīng)用M. 西安: 西安電子科技大學(xué)出版社,20036樓然苗.51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社20037錢(qián)進(jìn).基于AT89C2051的高精度數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)J.機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新,2007，19(1)：86-87.8徐鳳霞，趙成安

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