单片机控制的恒温箱的设计Word下载.docx
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controlled
bysinglechipmicrocomputer
Abstract:
The
temperaturemeasurement
hasa
relativelylargespacefordevelopment
in
manyplaces.Withthedevelopmentofmodern
electronicinformationtechnology,
alot
ofgoodqualityandcheap
temperaturesensor
isdesigned
todevelop,
hasbeengreatly
usedinthe
detectionandcontrol
oftemperature.
Designofconstanttemperaturebox
is
oftenusedin
temperatureacquisitionand
temperaturesensor,
andthenusethe
single-chipprocessing,
thencontroltheheating
or
temperaturereduction.
Thispaper
isthe
designofconstanttemperaturebox
basedonMCUAT89C52,
thehardwaredesignincluding:
keyboardcontrol,clock,
LCDdisplay,
heating
design,
controlandalarm
flashingLED;
softwaredesignincludes:
programdesign.
Theprogram
willmake
debugging
inkind,
can
achievethecontrolbutton
theupperlimittemperature,
timedisplay,
displaythetemperatureofcollection,
alarm
andLEDindicator
flashes.
Thisdesign
considerthedesign
volumeof
demand,
theaccuracyrequirementsarerelativelyhigh,
so
inthedesignof
digitaltemperature
sensor
DS18B20tocollect
temperatureinformation
need
to
ask,
SCM
controlcore,
12864LCDasthedisplayoutput,
cancontrol
the
temperature
and
alarm.
keywords:
AT89C52;
alarm:
liquidcrystaldisplay
1.引言
随着多年的发展，产品质量的要求越来越高，迫使各个行业规化的要求越来越高，许多医院，建设，化工等行业都需要利用到恒温箱的使用。
为了满足恒温箱满足各个地方的使用要求，还必须达到国家规定的标准，首先必须做好质量检测，以保证其安全可靠的实用性。
基于上述考虑，本设计中的恒温箱的设计很好的满足了各个地方的要求。
考虑到温度控制在控制系统当中也是比较复杂的一种，因为控制和改变温度的不及时性给设计带来了比较大的困难，而且温度即使在停止加温或者降温的情况下也会惯性的增减，反应速度比较慢。
所以在温度控制这一块需要用到高级的控制处理办法。
恒温箱的温度信息的采集和保存控制方面，我们采用温度传感器来设计温度信号，温度传感器将采集来的温度信号处理后发送到单片机，单片机接收并处理，然后将处理好的信号发送到12864液晶显示器上显示。
单片机控制这个系统，是系统运行的核心，外设按键电路，传感器电路12864液晶显示电路，蜂鸣器报警电路等，可以通过按键控制，方便操作。
本设计可以显示温度采集器采集来的实时温度信息和设置的上下限温度报警信息。
当温度超过所设置的上限和下限温度时，LED指示灯闪亮，蜂鸣器报警，起提示报警作用，保证恒温箱使用的围，保证了恒温箱在工作过程中安全可靠。
1.1.开发背景
随着现代点阵信息技术的告诉发展，电子应用的技术得到的广泛的发展和利用，而数据的接收与处理伴随着超大规模的集成电路的出现也得到高速发展。
在运用过程中，因为其体积比较小，实现的功能比较多，价格低廉等，在家庭，企业，军事等各个研究领域都得到广泛的应用。
他让产品更加的小巧和多功能化。
在提高了设备的技术要求和功能多样化的情况下，又可以做到减少设计成本，更加的人性化。
随着单片机在各个领域的快速发展，人们了解到单片机的发展空间，因为其多功能也得到了广泛的发展。
同时，单片机也在不断的更新和更加的完善。
本设计中的恒温箱采用电加热的方式，在生活生产以及医疗方面很多的应用领域，所以温度传感器采集温度经单片机处理等方面在应用中非常重要。
市场上比较多的温度传感器都是采集信号后转换成电压需要后输出，不同的问XX传感器输出曲线也不一样，不能够满足电子产品的通用性，也不可以实现产品的互换。
温度传感器在很多的地方都得到了广泛的使用，但是在我们生活中，因为温度受周围环境的影响，往往测量的温度不够精准，所以温度是比较难以精准测量的物理量。
我们创建温度测量方法，测量温度浮度大，变化快，存在数据滞后性。
但是伴随这我国温度传感器集成化，智能化和网络化的快速发展，为我们开发一款新的温度测量提供了良好的条件。
在本次设计的基于单片机的恒温箱的设计中，温度传感器采集到温度信号后，转换后输入到单片机，经单片机处理后，发送到12864液晶显示屏上，同时做出比较，是否不再设置的温度围，如果不再设置的围，蜂鸣器报警，LED指示等闪烁，提醒人们做好采取相应措施。
恒温箱的重要作用是用来控制温度的稳定，他在研究农业的生产，生物技术的开发，为其提供相应的数据，模拟生产生活的环境，所以在医药，食品等需要稳定环境和温度的情况下，可以快速的提供模拟的环境情况，方便做出原材料的性能分析等信息。
因为他具有体积小，功能多样化，价格低廉等优点，而且单片机运用到本设计中可以更好的控制温度，恒温箱是单片机控制温度，模拟环境的典型应用，使用单片机作为恒温箱的控制部分，可以实现传感器对温度信号的采集与处理的需求。
1.2.设计现状
随着现代电子技术的发展，温度恒温技术在生活生产等领域得到的广泛的应用，他给我们带来了客观的收入和良好的社会反响，不同的领域，因为环境的影响，目标的不同和成本控制的不同，需要考虑到实际情况做出在相应的设计和实现相应功能，这样就可以实现在不同领域的多功能运用。
自动控制的恒温控制系统在生活和社会生产中发展尤其重要。
1.2.1.国恒温控制的发展现状
因为我国起步晚，目前的恒温控制技术发展比较落后，只可以实现在比较简单的温度系统的控制，而温度的惯性以及温度变化快等难的问题，目前在我国还没有得到比较好的解决办法，在要求比较高的温度控制系统中，我国的技术要求有的还无法满足要求，这样导致了我国温度控制系统的成熟化设备比较少，所以我国的恒温箱有很大的发展空间，和我国等存在一定的技术不足和落后性。
我国电子信息技术的快速发展和嵌入式系统的开发，在各个领域得到了广泛的发展，人们对电子产品的要求变得更高，像小型化和更加的智能化发展，作为高科技技术代表性的单片机因为他的体积小，价格低廉，功能多样化等有点，在诸多的领域得到运用。
1.2.2.国外恒温控制的发展现状
因为上个世纪70年代工业发展的需要，特别是现代现代电子信息工程的高速发展，伴随着自动控制系统的出现，以及设计发展的需求下，国外的电加热恒温控制系统发展的非常快，而且发展的越来越人性化，操作简单，可以根据需求更改设置的温度等功能取得了突破性进展。
像日本，美国，德国，等这些国家的技术最为先进，并且基于这些高科技理论以及技术的前提下，生产出了满足不同情况需求的多功能设备。
金亨国这些年的发展，外国温度控制系统的发展越来越体现出高科技，设备越来越小巧，越来越多功能化，发展的十分迅速。
实现了在我国多功能领域的发展，而我国因为技术的难以突破，我国恒温系统发展比较慢，和我国相比，有比较大的差距。
1.3.设计意义
、本设计中的电加热的恒温箱，因为考虑到他的实用性，所以恒温箱的主要设计集中在对对温度的有效管理，使它可以在我们控制的大致围，不会出现太大的偏差。
本设计我使用的是单片机AT89C52单片机作为控制核心，通过温度采集系统采集温度信号，
恒温箱的性能在很大程度上取决于对温度的控制性能，本课题采用单片机为主控制器，然后通过转换后实现发信号传送到单片机处理，在由单片机发送到各个处理后的显示部件中这样就完成了整个电路硬件的设计。
本次设计的恒温箱可以人温度保持在设定的温度围，如果温度低于设置的温度时，蜂鸣器报警，单片机控制加热装置加热，温度慢慢升高，如果恒温箱里面的温度高于设置的温度时，单片机控制加热装置停止加热，温度慢慢降低，本设计是基于现代普通的温度测量以及处理装置，具有非常多的特点，在本设计当中，实现了多功能的智能化检测和控制，操作更加的人性化，简单实用。
在硬件的基础上实现了软件的开发和多功能的控制，他的人性化水平依靠软件的开发程度。
因为考虑到交互信息，故在设备上进行远距离的信息传输，方便管理和控制。
2.系统架构
2.1.
设计要求
恒温箱在我们生活中有许多方面的运用，本事设计需要更据以前学习的知识，运用单片机作为控制核心，结合数字电路以及检测原理，设计出一台基于单片机AT89C52的恒温箱，按键可以控制恒温箱的报警上下限。
总体设计需要完成恒温箱里面温度的实时检测和先12864液晶显示器上显示，单片机控制信号的输出，温度超过设限报警并LED指示灯闪烁，12864上过海可以显示时间信息，时间休息用时钟电路实现。
本设计的参数要求如下:
1：
利用按键（自行定义）进行温度的上限和下限的设定，同时将当前温度的测量值显示在12864液晶显示器上。
2：
恒温箱的恒温温度设定在100摄氏度——50摄氏度以。
低于或者高于设置的这个温度，蜂鸣器报警而且LED指示等闪烁。
2）恒温箱控制的允许误差在±
1度中间。
3）温度信号接收器输入围在30摄氏度——120摄氏度之间，电流在4——20mA之间。
2.2.系统框架
本系统以AT89C52，DS18B20温度传感器，DS1302实时时钟，12864液晶显示模块，蜂鸣器，固态继电器模块等元件构成一个自动恒温加热装置。
AT89C52做本设计的主控芯片，主要处理来自外部信号检测，采集以及控制。
DS18B20温度传感器主要检测加热的实时温度，经单片机处理后显示在12864LCD液晶显示屏上。
DS1302为实时钟芯片，做为系统显示时间用。
电源电路经变压器变压后，再经7805稳压后为系统提供稳定的5V工作电压。
蜂鸣器报警，用于系统温度超高报警用。
超温指示灯当温度超出时闪烁。
按键控制设置上下限温度的设置。
启动/停止按键为开始启动加热和停止加热按键，每按一次可在开和关之间转换。
K1为电源总开关。
如图1：
2.3.系统运行概述
系统上电复位后对系统初始化，接着在12864液晶显示时间，上下限温度参数，当前温度，然后打开定时器，在定时器中断服务程序采集DS18B20的温度值并转换成实际温度值显示在12864液晶屏上。
进入while
（1）函数里面不断的检测设置，加减按键和启动按键。
当启动按键按下时系统进入加热状态，屏幕显示正在加热，当温度大于系统设置的上限温度时停止加热，蜂鸣器报警，LED灯闪烁，屏幕显示停止加热。
当温度低于上限温度时停止报警，LED灯熄灭。
当温度低于系统设置的下限温度时，系统立刻开始加热，屏幕显示正在加热，一直循环检测达到恒温的目的。
在加热期间如果按下启动按键系统马上停止加热，重新检测按键。
3.主要元器件介绍
3.1.单片机
单片机，全称单片微型计算机（英语：
Single-ChipMicrocomputer），又称微控制器。
单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器（CPU）、存储器、振荡器、I/O接口、定时器/计时器等集成到一块芯片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。
其优点是：
（1）体积小、质量轻；
（2）单片机可靠性高；
（3）处理功能强，速度快；
（4）低电压，低功耗，便于生产便携式产品；
（5）控制功能强、环境适应能力强等；
本设计是基于单片机的设计，所选用的是AT98C51单片机，下面对AT98SC51单片机进行介绍。
主要特性
·
与MCS-51兼容
4K字节可编程FLASH存储器
寿命：
1000写/擦循环
数据保留时间：
10年
全静态工作：
0Hz-24MHz
三级程序存储器锁定
128×
8位部RAM
32可编程I/O线
两个16位定时器/计数器
5个中断源
可编程串行通道
低功耗的闲置和掉电模式
片振荡器和时钟电路
引脚图如下图2：
图2：
AT89C51引脚图
3.2.12864LCD显示屏
12864LCD是128*64的点阵液晶模块的简称，因为在本设计中，显示的文字比较多，而汉字的格式是8*8的，普通的LCD无法显示这么多电费容，故在本设计中选用13864LCD液晶显示器，这个液晶显示屏成本比较低，方便和各个电路连接，在本设计中，采用三线串口通信方式。
实物图与电路图如下：
实物图电路图
3.3.温度传感器
本设计中温度传感器采用的是DS18B20温度传感器，因为起体积比较小，而且抗干扰能力强，测量的温度比较准确，所以是目前最常见的温度传感器之一。
由于它具有独特的接线方式，DS18B20在与单片机连接时只要有一根数据线就可以实现单片机和DS18B20温度传感器的数据交换。
而且它的测量温度的围比较广，在－55℃～+125℃，工作电压也在本设计使用的电压中，只要单单一个单片机就可以完成温度的测量，比较方便。
实物图以及电路图如下：
4.系统电路图设计
AT89C52单片机最小系统
单片机最小系统结构图,如图下图3所示。
定义：
单片机最小系统，,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统.
最小系统一般应该包括:
单片机、电源、晶振电路、复位电路。
笨设计由40管脚接+5V电压为单片机提供电源，把晶振电路，复位电路，单片机统一接起来，够成最小系统。
图3：
单片机最小系统
4.1.单元电路设计
4.1.1.复位电路
本设计中因为用的是AT89C51单片机，所以采用上电复位电路，故只要在RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端，下接一个电阻到地即可。
如图4：
4.1.2.时钟电路
本设计中的时钟电路给这个设计提供频率，控制它的快慢。
本次设计采用的晶振为16MHz。
如图5：
4.1.3.12864显示部分
12864LCD是128*64的点阵液晶模块的简称，本设计中，采用三线串口通信方式与单片机连接。
如下图6：
图6：
12864显示
4.1.4.蜂鸣器电路
本次设计选用的是单片机的P1口的P1.3口与蜂鸣器相连，来控制蜂鸣器信号的输出，检测温度不再围时，单片机的P1.3口输出低电平时，蜂鸣器报警，用于系统温度超高报警用;
当输出高电平时，蜂鸣器停止工作。
如图7：
图7:
蜂鸣器电路
4.1.5.传感器电路
DS18B20和AT89C52的P3.0管脚连接，主要检测加热的实时温度，系统每隔0。
5秒采集一次温度。
图8：
传感器电路
4.1.6.时钟芯片电路
DS1302实时时钟芯片是SPI通信方式的时钟芯片，VCC1是外部电池输入端，为系统保存时间用，当系统掉电后通过外接电池给芯片供电，以保证系统重新上电后时间不变。
芯片的X1和X2是外接晶体，频率为32。
768KHZ。
为部运行提供时钟源。
芯片的CE脚为片选端，低电平时禁止往DS1302写入数据，高电平时才可以写入数据。
芯片的IO脚是双向数据传传输线。
CLK引脚为时钟线，数据传输时，在CLK的时钟作用下把IO端的数据一位一位的传输。
DS1302可以通过指令把小时、分钟、秒钟，写入或者读出。
如图9：
图9：
时钟芯片电路
4.1.7.变压器电路
变压器T1是把220V的交流电变为电压9V交流电，经过D1，D2整流，电容C1，C2滤波后再经7805稳压后为系统提供稳定的5V工作电压。
如图10：
图10：
变压器电路
4.1.8.继电器模块
固态继电器模块KR1主要是控制加热装置工作电流通路，其控制信号的IN-接到单片机的P3.7引脚，当P3.7输出低电平时，KR1的输出端AC-IN和AC-OUT呈导通状态。
图11：
4.1.9.指示灯电路
超温指示灯接到P3.3引脚，低电平有效果，当温度超出时闪烁。
如图12：
图12：
指示灯电路
4.1.10.按键电路
a.设置按键S1为系统参数设置选择用，每按下一次可在温度上限，温度下限，时间之间选择。
选中后光标闪烁，按加减按键S2，S3可以对所选择的参数修改。
b.启动/停止按键为开始启动加热和停止加热按键，每按一次可在开和关之间转换。
如图13：
按键电路
5.系统程序框
是
否
是
否无
有
程序流程如下：
系统上电复位后首先对定时器初始化，12864初始化，DS18B20温度传感器初始化，接着在12864液晶显示时间，上下限温度参数，当前温度，然后打开定时器，在定时器中断服务程序采集DS18B20的温度值并转换成实际温度值显示在12864液晶屏上。
在加热期间如果按下启动按键系统马上停止加热，并跳出while
（1）循环，重新回到mian函数的while
（1）循环里面重新检测按键。
6.系统的硬件调试及软件调试
6.1.硬件调试部分：
单片机应用系统的硬件调试和软件调试是分不可的，许多硬件故障是在调试软件时才发现的。
但通常是先排除系统中明显的硬件故障后才和软件结合起来调试的。
通常我们采取软件与硬件联调，然后根据实物显示出的数据在走具体的更改，当然实物调试和软件调试是可以分开的，下面为硬件调试和软件调试做简单介绍:
硬件调试分脱机调试和联机调试，脱机调试就说在系统不上电的情况下，通过其他检测设备，像万用表这些检测下电路连接的正确性，靠观察看这个电路连接是否连接正确，电路焊接有没有稀罕漏焊等情况。
联机调试可以检测出靠肉眼无法看出的故障，系统通电后，检测运行是否正常。
若不正常，及时发现问题并解决。
可以更据示波器，观察示波器上的波形等，有故障寻找原因。
6.2.软件调试部分：
软件调试主要是对程序的检测和各个分电路的检测，软件程序主要通过KeiluVision4软件来检测，保证错误率为零，对于子电路，分开来一个一个的检测，符合程序的环境。
6.3.实物图展示
按键设置上限和下限的报警温度，本图设置为设置上限79.下限50，当前温度为26度。
系统运行，检测到当前温度低于设置的温度围，为26度，所以加热装置开始加热。
结束语
经过长时间的学习与努力，我的毕业论文终于完成了，先对此做如下总结：
通过这次恒温箱的设计，在很大程度上提高了自己的独立思考能力和单片机的专业知识，也深刻熟悉了做一个设计的的步骤和格式，相信有过这样的一次训练，在相关软件的运用上肯定更进一步，对于大学所学的单片机，模电等相关课程有了一个更加深入的了解和学习，相信在以后的日子里我会做的更好。
我所做的设计主要是根据目前国市场的发展趋势和国实际的应用特点和要求，实现恒温的设计。
采用单片机为核心，以温度传感器采集信号，在通过单片机在12864上显示。
实现了预期的设计目标，完成了全部的设计任务。
3：
在设计过程中，我发现了对单片机相关知识的严重不足，但也推广本次设计认识到自己需要经常学习，通过本次设计得到了知识的丰富和知识的加强，同时培养了我自主学习的意思，为以后学习其他知识打下基础。
致
感徐瑞亚老师对我的指导，他不厌其烦的倾听我的问题，在我不懂时为我提供解决思路，让我豁然开朗，他的工作严谨的态度值得我们在以后学习和生活中不断学习。
他不拘一格的态度细心的指导让我往往自己脑子里面乱了的思路有了新的缺口。
感写于徐瑞亚师花费了大量的精力，在各个环节中给了我许多宝贵的意见，让我可以顺利完成这篇毕业论文。
在此，谨向徐瑞亚老师的指导之恩表示最深的意!
同时在这里我也感我的辅导员和我的任课老师，在大学三年中，兢兢业业，勤勤恳恳的教我们学习，都说大学是小社会，老师在同学里面不仅教会了我知识，还教会了我做人的道理，在这里我也对他们特别感，还有就说感在我论文中给我提宝贵意见的同学，他们给我的素材很主要，让我可以明确自己的目标，从什么地方开始，在这里也衷心地感他们！
在我的这边论文快完成的时候，我的心情久久不能平静，从刚刚开始写论文到现在，有非常多可敬的老师、同学、朋友给了我非常多的帮助，在这里请接受我诚挚的意！
由于才疏学浅，论文之中难免有不足之处，恳请批评指正。
最后，感所有关心、支持和帮助过我
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