基于单片机的恒温箱设计计算机专业.docx

题目（中文） 基于单片机的恒温箱设计 （英文） Design of thermostat box based on single chip microcomputer 摘要：在现实社会生活和生产中，温度对人们的影响无处不在，比如：大棚农业内大棚温度对农作物生长情况的影响，钢铁行业铸铁炉温度对钢铁质量的影响，大产量孵蛋中恒温箱温度对鸡蛋破壳的影响，等等，本文针对小型产品温控器的需求，研究了一种基于单片机的恒温箱。 恒温箱可以设定温度的上下限。 当温度超过上限和下限时，它可以同时驱动负载和报警。本论文采用数字温度控制器来采集温度信息，本文涉及的恒温箱主要适用于小型产品的温度需求，例如：可作为小宠物的温室或者孵蛋器等，则继电器只需要驱动小型加热片和风扇来调节恒温箱内的温度。本文还使用蜂鸣器和LED作为声光组件的警报。 继电器用于控制相应的负载，实现加热或冷却。该恒温箱温度控制系统结构十分简单，操作方便，便于维修，使用广泛。与传统温度计相比，恒温箱内的温度控制系统不仅能实时显示温度，而且温度测量范围更宽，控制更及时更准确，控制负载范围也十分广泛，同时LED发光和蜂鸣器声光报警，主要用于温度测量更精确的地方。 关键词：STC89C51单片机；温度控制；DS18B20；恒温箱 Abstract ：In actual social life and production, the influence of temperature on people is ubiquitous, such as: the effect of greenhouse temperature on the growth of crops in greenhouse agriculture, the influence of cast iron furnace temperature on the quality of steel in the steel industry, and the temperature of incubators in large-scale incubators. The impact of egg shelling, etc., this article for the needs of small product thermostats, studied a thermostat based on single-chip microcomputer. The constant temperature box can set the upper and lower limits of temperature. When the temperature exceeds the upper and lower limits, it can simultaneously drive loads and alarms. This paper uses a digital temperature controller to collect temperature information. The thermostats involved in this paper are mainly suitable for the temperature requirements of small products. For example, they can be used as small pets in greenhouses or incubators. The relays only need to drive small heating plates and fans. To adjust the temperature in the oven. This article also uses a buzzer and LED as an audible and visual component alarm. Relays are used to control the corresponding load for heating or cooling. The temperature control system of the constant temperature box is very simple in structure, convenient in operation, convenient in maintenance and widely used. Compared with traditional thermometers, the temperature control system in the incubator can not only display the temperature in real time, but also has a wider temperature measurement range, more timely and accurate control, and a wide range of control load. At the same time, the LED light and buzzer sound and light alarm, It is mainly used for more accurate temperature measurement. Key words: STC89C51 microcontroller; temperature control; DS18B20;thermostat. 目录 1. 概述 1 1.1. 选题背景 1 1.2. 选题意义 1 2. 设计思想 2 2.1. 选题简介 2 2.2. 控制方案 3 3. 硬件设计 4 3.1. 单片机的选用 4 3.2. 传感器 7 3.3. 数码管 9 3.4. 继电器 10 4. 系统软件设计 13 4.1. 软件系统框图 13 4.2. 程序流程图 13 4.3. 温度采集模块 15 4.4. 驱动模块 16 5. 测试与使用 18 5.1. 使用方法 18 5.2. 软件与仿真调试 18 6. 总结 25 附录1 系统原理图 26 附录2 C语言程序 26 参考文献 37 致 谢 38 1. 概述 1.1. 选题背景 在现实社会生活和生产中，温度对人们的影响无处不在，温度的高低很多时候能影响到生产，如农业，工业，甚至更多的其他产业，比如：大棚农业内大棚温度对农作物生长情况的影响，钢铁行业铸铁炉温度对钢铁质量的影响，大产量孵蛋中恒温箱温度对鸡蛋破壳的影响，等等，可见温度控制在生活与生产中的重要性。于是，越来越多的温度控制技术相继出现，而以单片机为核心的温控系统，具有精度优良，自动化程度较好等优点，更是获得大多数人的青睐。 1.2. 选题意义 单片机有着性价比高，易于控制，实用性强，编程简单，功耗低等优点，给了我们极大的方便,结合温度传感器和温度调试设备，能方便快捷地在生活和生产过程中起到温度控制作业。因此设计一个功能高效的温控装置是很有必要的。温度传感器具备：检测温度并采集传传输信号,转换信号数据的功能,对本设计中的温度信号采集十分重要，而且今天的温度传感器的种类多种多样,为温度控制系统的设计提供了帮助,更好地实现对社会生产、工业科技的不同领域中的温度控制。 2. 设计思想 2.1. 选题简介 本此设计的恒温箱包含如下功能：实时采集恒温箱的温度信号，并传输到单片机中，与预设温度值进行对比，若超过设置的上下限，则相应的指示灯发亮，同时驱动负载（风扇、制冷片、加热片等）进行恒温箱的温度调节，最终实现对温度的控制。本设计的特点是：对温度的上下限控制和报警功能的设定是任意的，并且加入继电器实现驱动加热和冷却负荷。 2.1.1. 主要任务: 任务：LED实时显示恒温箱温度，并用按键输入温度值。设置温度上下限,设定范围:0~99℃，通过电热片和降温风扇改变恒温箱温度，进行恒温控制； 设计指标：设计温控系统具体技术指标如下。 被控对象：数字温度传感器，加热片、风扇，温度测试范围在0~99℃（误差范围是±0.1℃）； 开发环境：本课题中软件部分是通过keil进行编译，用单片机STC89C51来写入程序，以汇编语言为软件实现语言，应用模拟电路和数字电路作为硬件基础，通过按钮来控制温度的设置，温度值通过LED显示器显示。 2.1.2. 方案选择 实现温度控制的方法有多种，本论文开始之前对一下两个方案进行了研究和探讨： 方案一：选用热敏电阻来采集恒温箱温度，将采集的温度信号传输到A/D转换器转换成数字信号，再输入到单片机进行处理。若这种方案，就需要另外接入A/D转换电路，结构较为繁琐。 方案二：选用数字温度传感器，例如DS18B20传感器。经过单片机的控制，DS18B20能够直接对温度信号进行采集并输出数字信号传输到单片机中。这个方案结构简单易操作，而DS18B20对温度的测量十分准确，且有较强的的抗干扰能力。 综上所述，方案二更适合。 基于STC89C51单片机的恒温箱的温控系统的设计，本章将给出具体说明，并绘制出其原理框图，分析该方案的优缺点。 2.2. 控制方案 由单片机控制温度传感器对恒温箱内环境温度进行检测采集，并完成温度信号的传输，之后单片机通过控制继电器吸合，驱动相应的负载，发热器或者风扇的导通与断开，来调节恒温箱温度，从而实现温度控制。 系统框架结构设计： 系统的整体电路图如图1所示。恒温箱的温度控制系统由五个模块组成：温度采集模块、单片机控制模块、温度显示模块、温度设置模块，以及驱动模块。其中温度采集模块是能对温度进行实时采集并传输到单片机，单片机控制模块则负责将输入的温度信号传送到显示模块，并同时将其与温度设置模块设置好的温度上下限进行对比，若温度超过上下限，便控制驱动电路模块报警，并同时使继电器吸合，驱动相应的负载进行温度调节处理，待到温度回归原先设置的温度范围，驱动电路模块便结束工作，系统就会保持当时的温度。 控制系统的原理框图如下： 单片机控制模块 温度采集模块 温度设置模块 温度显示模块 驱动电路模块 图1 温度控制系统的原理框图 3. 硬件设计 硬件组成：单片机STC89C51、继电器、数字温度传感器DS18B20、数码管显示、LED指示灯和蜂鸣器。 3.1. 单片机的选用 设计中所使用的单片机应能实现以下功能： → 单片机记录按键设定的上下限温度值；同时控制数字温度传感器实时监测温度并将数字温度信号传送到单片机； → 单片机接收到温度信号后作出相应反应：将温度信号与按键设定的温度范围进行对比，当温度超过设置的范围时，便对LED指示灯和蜂鸣器发出报警指令； → 同时相应的继电器吸合，驱动负载（风扇、制冷片、加热管等）进行恒温箱的温度调节，最终实现对温度的控制。 选择ST89C51单片机主要是考虑其：①抗干扰能力强；②处理速度快，低功耗；③可在系统编程，无需编程器；④价格低廉。 3.1.1. 单片机的组成 单片机由三部分构成：电源电路、时钟电路、复位电路。 (1) 电源电路 当STC89C51的RST引脚为高电平，并保持两个机器周期，单片机内部复位。手动复位按钮有两种模式：电平模式和脉冲模式。电平复位模式是将电阻和电源VCC连接起来，然后通过RST端来完成的。最小系统如图2所示。 图2 单片机最小系统电路图 (2) 时钟电路 l 内部方式时钟电路 在单片机