实验用恒温箱控制系统设计及其模型建立
毕业设计论文(恒温箱的控制)[管理资料]
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摘要温度与生物的生活环境密切相关，不同的生物或物体对温度的要求都不同。
随着智能控制技术不断的发展，在现代工业生产以及科学实验的许多场合，为了获取生物或物体所需求的温度，需要及时准确的获取温度信息，同时完成对温度的预期控制，这时候温度检测与控制系统就显得尤其的重要。
因此，温度检测系统的设计与研究一直备受广大科研者重视。
本次课题设计了一个低成本，高精度的恒温箱。
该设计主要从硬件和软件两个方面出发：1）在硬件上，选择AT89C52单片机为核心，，并以Pt100温度传感器作为温度检测仪器，通过ICL7135模数转换器采集数据，用LED数码管作为显示器，构成了一个恒温箱；2）在软件上，设计了温度检测算法，并在C语言编程环境下，编写了相应的程序来实现所设计的算法。
最后通过Proteus ISIS与Keil的联合仿真，保证了算法的可行性。
通过仿真实验可以发现所设计的系统可以较好的检测、控制并且保持温度。
但是由于温度调节的迟滞性以及设计上的不足，该系统具有一定的局限性。
关键词：温度检测；AT89C52单片机；恒温箱；C语言编程ABSTRACTTemperature is closely related to life and environment. Different creature or object have different requirements to temperature. With the development of the intelligent-control- technology, and in order to arrive to the creature's or object's temperature-demand, we should take the information of temperature timely and accuratly, and control the temperature to the expected degree, in the modern industrial production and scientific experiment many occasions . I n this situation, the testing and controlling system for temperature is especially important. Therefore, the designs for temperature detection system attract researchers' attentions.In this dissertation, we designed a box with constant temperature which has low cost as well as high accuracy. We designed the system mainly from two aspects: hardware and software1)Hardware's design: At first, we chosed AT89C52 SCM as the core of the system. And then we selected TL431 to compose the V constant and Pt100 temperature sensor for testing temperature. At last, we collecte data througn the ICL7135 ADC and display data them on the LED. All of this consists of a the constant-temperature-box;2)Software's design: In this papar, we designed a algorithm detecte temperature and implemented it based on the C programming language's environment. Finally we did a series of simulationexperiment through the Proteus ISIS and Keil to ensure that the algorithm is feasible.Simulation results show that the system designed had a very good effect on temperature's detection, controlling and keeping . Because of the adjustmentand of the temperature and the insufficiency of the design, this system has some limitations.Keywords：Temperature detection;AT89C52 SCM; Box of constant temperature ;C language programming目录第一章绪论 .................................................... 错误!未定义书签。
恒温箱温度控制系统的设计任务书
编号：毕业设计任务书题目：恒温箱温度控制系统的设计学院：机电工程学院专业：电气工程及其自动化学生姓名：孙卉学号：1200120304指导教师单位：机电工程学院姓名：韦寿祺职称：教授题目类型：☐理论研究☐实验研究☑工程设计☐工程技术研究☐软件开发2015年12月28日一、毕业设计（论文）的内容恒温箱广泛应用在医疗、工业生产和食品加工等领域，其对温度稳定性要求较高，如何实现对温度的精确控制是恒温箱温度控制系统的关键。
温度控制系统通常由被控对象、测量装置、调节器和执行机构等组成。
目前，测量装置大多采用温度传感器采集温度，但是在常规的环境中，温度受其它因素影响较大，而且难以校准，因此，温度也是较难准确测量的一个参数，常规方法测量温度误差大、测量滞后时间长。
当前，普遍使用单片机或者PLC实现恒温箱温度的智能控制，两种控制方式各有优势。
本课题要求设计一种智能恒温控制系统，选择合适的控制方式实现温度的智能控制，具体任务如下：1、收集有关恒温箱的文献资料，了解恒温箱的工作原理、工艺要求等，重点学习掌握恒温箱温度控制系统的构成、运行参数、控制特点等，选择合适的控制方式，制定恒温箱电热温度控制系统的控制方案。
2、建立恒温箱电热温度控制系统的数学模型，应用仿真软件进行仿真，选择调节器参数，分析系统稳态和动态控制性能指标。
3、完成恒温箱电热温度控制系统的硬件电路设计和相关控制软件程序的编写，绘制系统原理图，计算元器件参数，选择元器件型号。
4、制作演示模拟样机，进行软硬件联调。
二、毕业设计（论文）的要求与数据1、收集恒温箱温度控制系统的工作原理和控制方法的相关文献资料15篇以上，其中英文文献不少于2篇。
2、恒温箱电热温度控制系统的输入电源为单相220V，电加热额定功率5kW，温度调节范围室温~200℃，温度控制精度在±1℃以内。
3、恒温箱对加热电源电流的传递函数为18.4e ，采用PID调节器或九点1.2s控制器设计恒温箱电热温度控制系统，选择单片机或PLC作为控制器。
恒温箱温度控制系统设计
恒温箱温度控制系统设计恒温箱是一种用于保持恒定温度的设备，广泛应用于实验室、医疗、食品加工等行业。
恒温箱温度控制系统设计是为了保持箱内温度在预定的设定值范围内稳定，确保实验或加工过程的准确性和可靠性。
本文将详细介绍恒温箱温度控制系统设计的关键步骤和技术要点。
一、温度传感器选择和安装：温度传感器是恒温箱温度控制系统的核心部件，常用的传感器有热电偶和热敏电阻。
选择传感器时需要考虑测量范围、精度、响应时间等因素，并在箱内合适的位置进行安装，以确保能够准确测量到箱内温度。
二、温度控制器选择和配置：温度控制器是实现恒温箱温度控制的关键组件，常见的控制器有PID控制器和模糊控制器。
控制器的选择要根据实际需求和系统性能来确定，同时需要根据传感器类型和参数进行配置，确保能够准确控制箱内温度。
三、加热器和散热器安装：恒温箱的温度控制是通过加热器和散热器来实现的，加热器增加箱内温度，散热器降低箱内温度。
加热器和散热器的选择要考虑到箱体的尺寸和散热量，合理配置，并确保安装牢固和散热效果良好。
四、温度控制算法设计：温度控制算法是恒温箱温度控制系统的关键部分，常用的算法有PID算法、模糊控制算法和遗传算法等。
在算法设计过程中需要根据实际需求和系统响应特性进行参数调整，以达到稳定控制和快速响应的效果。
五、温度控制系统的连续监测和调整：温度控制系统需要实时监测箱内温度，并在温度偏离设定值时进行及时调整。
可以通过触摸屏显示温度曲线和设定值，在温度波动较大时进行系统调整，保证温度稳定性。
六、安全性和可靠性设计：综上所述，恒温箱温度控制系统设计应包括温度传感器选择和安装、温度控制器选择和配置、加热器和散热器的安装、温度控制算法设计、温度控制系统的连续监测和调整、以及安全性和可靠性设计。
只有在这些关键步骤和技术要点上做好设计和配置，才能确保恒温箱温度控制系统的稳定性和可靠性，以满足实际需求。
恒温箱控制系统
摘要在日常生活工业生产和实验室中，恒温箱的应用随处可见到。
在生活中我们保存食物用到恒温箱，工业生产中一些生产原料的保存用到恒温箱，实验室里特别是生物的培育实验室，恒温箱的应用更是普遍。
在本设计中，我们针对恒温箱而设计的一个恒温系统，在系统里，通过对恒温箱温度的检测与变送传到单片机，与给定值进行比较，单片机对数据进行处理，根据偏差信号的大小输出驱动PWM输出，通过改变PWM输出的周期和幅值，控制发热丝的功率，从而达到恒温箱内温度控制的目的。
本实验的单片机为51系列，对数据进行采集比较处理与输出，PWM通过单片机的脉冲输出，通过光隔离输入放大电路对发热丝进行加热，直接对箱子温度进行提升，最终达到控制温度的目的。
关键字：单片机8052 CT02红外线温度传感器恒温箱一.系统方框图二.单元模块介绍（一）温度检测部分--CT02/CT20介绍工作电压：8—36VDC测温范围：-40～600℃ （量程分度可用设置键或软件来调节） 在本设计中，设置测温范围为0—100℃。
温度分辨率:0.1℃响应时间：150mS （95%）输出形式：数字输出，不需要使用变换器。
（二）单片机部分介绍80C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM 、8k 片内程序存储器（ROM ）32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。
单片机8052 CT02/CT20温度检测 PMW 输出波形控制两位十进制拨码盘 红光LED上限报警绿光LED 下限报警恒温箱内电阻丝加热恒温箱系统 报警电路 蜂鸣器此外，89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。
在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。
掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。
89C52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。
基于单片机的恒温箱智能控制系统的设计
清华大学本科毕业论文基于单片机的恒温箱智能控制系统的设计所在学院专业名称自动化申请学士学位所属学科工学年级 2008级学生姓名、学号指导教师姓名、职称完成日期摘要摘要温度的测量与控制在工业、农业、国防等行业有着广泛的应用。
随着微电子技术的发展，各种高性能的半导体集成温度传感器，在温度测控领域得到了极为广泛的应用。
恒温箱的智能控制系统是用半导体温度传感器做测温器，用单片机控制温度平衡，最终达到恒温的目的。
本文对系统所能实现的功能做了简单介绍，并简单介绍了系统使用的单片机的性能和发展情况；对系统使用的模/数转换芯片TLC2543做了性能方面的简单说明；同时对测量温度在-55℃～+150℃之间的集成型恒流测温元件AD590做了介绍。
本文重点介绍了系统硬件的分析与设计，对硬件各部分的电路一一进行了介绍。
绘制了电路原理图，并进行了电路的焊接，完成了系统的硬件调试。
根据硬件的设计和系统所要实现的功能，本设计对软件也进行了设计，并经过反复的模拟运行、调试，完成了系统的软件设计，最后形成了一套完整的智能温度控制系统。
关键词：温度传感器；A/D转换；单片机IABSTRACTMeasurement and control of temperature has broad application in industry such as industry, agriculture, national defense. Go with the development of the microelectronics technology, the integrated various high-performance semiconductor temperature sensor has got extremely broad application in the field of temperature measurement and control. In the intelligent control system of constant temperature box, semiconductor temperature sensor is used to measure its temperature; microcontroller unit is applied to control temperature balance to achieve the end of constant temperature.This article introduces the function of the system and the performance and developing condition of microcontroller unit used by the system specifically; the Mold/Number transformation chip TLC2543 which the system used gives the performance aspect simple introduction; Meanwhile introduces integration constant flow temperature element AD590 which surveys temperature from -55℃ to +150℃.This article mainly introduces the analyses and design of the system hardware electric circuit. It carries on the introduction to each part of electric circuits. Draw up the electric circuit schematic diagram and weld the part of the system, complete the hardware debugging. According to the hardware design and the function which the system will realize, this design carries on designs to the software. And after the repeatedly simulation run, debugging and revision, completes the design of system software, finally forms a set of intelligent temperature control system.Key words: Temperature sensor；Mold/Number；Microcontroller unit目录1 引言------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 42 系统设计分析 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 4 2.1 系统功能分析----------------------------------------------------------------------------------------------- 42.2 系统结构方案确定 ---------------------------------------------------------------------------------------- 53 系统硬件的分析与设计------------------------------------------------------------------------------------------ 7 3.1 直流稳压电源的设计 ------------------------------------------------------------------------------------- 7 3.2 温度采集电路的设计 ------------------------------------------------------------------------------------- 9 3.3 AD的选择及接口电路 ---------------------------------------------------------------------------------- 11 3.4 AT89C52最小系统设计 -------------------------------------------------------------------------------- 123.5 强电控制及过零检测电路 ---------------------------------------------------------------------------- 164 软件的仿真与调试 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 19 4.1 软件控制方案--------------------------------------------------------------------------------------------- 19 4.2 系统的干扰及软件处理措施 ------------------------------------------------------------------------- 19 4.3 软件控制方案--------------------------------------------------------------------------------------------- 204.4 控制框图 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 215 整体系统调试 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 27 5.1 硬件电路的调试 ------------------------------------------------------------------------------------------ 27 5.2 软件程序调试--------------------------------------------------------------------------------------------- 28结论-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 28参考文献-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 29致谢-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 301 引言近年来为了保证产品的质量，各个行业行为规范就越来越高，众多机械类、医药类、化工类、建筑类等工业和企业都离不开恒温箱的使用；为了确保恒温箱许多主要技术的指标可以达到国家技术所要求的规定，必须对其进行检测，保证产品的质量[1]。
恒温箱控制系统的设计。。。
恒温育种箱的设计与制作摘要在日常生活、工业生产和实验室中电热恒温箱的应用随处可以见到。
在生活中我们保存食物用到恒温箱，工业生产中一些生产原料的保存用到恒温箱，实验室里，特别是生物的培育实验室，恒温箱的应用更是普遍。
在本设计中，我们针对培养箱而设计的一个恒温系统，在系统里，通过对恒温箱温度的检测与变送传到单片机，与给定值进行比较，单片机对数据进行处理，根据偏差信号的大小输出驱动PWM输出，通过改变PWM输出的周期和幅值，控制发热丝的功率，从而达到恒温箱内温度控制的目的。
本设计的单片机为51系列，对数据进行采集、比较、处理与输出，PWM通过单片机的脉冲输出，通过光电隔离输入放大电路对发热丝进行加温，直接对箱子温度进行提升，最终达到控制温度的目的。
关键词：单片机；PWM；数字PID控制目录第一章绪论 (1)第二章总体方案设计 (2)2.1 方案一 (2)2.2 方案二 (3)第三章单元模块设计 (4)3.1数字温控芯片DS18B20介绍 (4)3.1.1 DS18B20的内部结构 (5)3.1.2 DS18B20的外形及引脚说明 (7)3.1.3 DS18B20温度传感器的存储器 (8)3.1.4 DS18B20的特性 (10)3.1.5 DS18B20工作原理 (11)3.1.6 DS18B20使用中注意事项 (14)3.2 预置数 (15)3.2.1 拨码盘介绍 (16)3.3 时钟 (17)3.4 复位电路 (18)3.5 LED显示 (19)3.6 加热电路 (20)3.6.1 ULN2003介绍 (21)3.6.2 IGBT管介绍 (22)第四章 PID控制 (22)4.1 PID控制原理 (22)4.2 PID控制系统框图 (22)4.3 PID算法 (23)第五章单片机软件的设计 (26)5.1 总体软件设计流程图 (26)参考文献 (28)附录 (29)第一章绪论恒定温度的设备，被广泛地应用于生产、生活、实验等领域。
基于单片机的恒温箱控制系统设计
基于单片机的恒温箱控制系统设计恒温箱是一种用于保持物品恒定温度的设备，广泛应用于实验室、医院、工厂等场所。
为了更好地控制恒温箱的温度，我们可以设计一种基于单片机的恒温箱控制系统。
首先，我们需要选择适合的单片机。
常用的单片机有51系列、AVR 系列、STM32系列等。
在选择单片机时，需要考虑其性能、功耗、价格等因素。
在本设计中，我们选择STM32系列的单片机，因为它具有较高的性能和较低的功耗，同时价格也比较合理。
接下来，我们需要设计恒温箱的硬件电路。
恒温箱的硬件电路主要包括温度传感器、加热器、风扇等。
温度传感器可以选择DS18B20等数字温度传感器，它具有高精度、数字输出等优点。
加热器可以选择PTC加热器或电热丝等，它们可以根据需要进行控制。
风扇可以用于调节恒温箱内部的空气流动，以达到更好的温度均匀性。
然后，我们需要编写单片机的程序。
程序的主要功能是读取温度传感器的数据，根据设定的温度范围控制加热器和风扇的工作。
程序可以采用C语言编写，使用Keil或IAR等集成开发环境进行开发。
在编写程序时，需要注意程序的稳定性和可靠性，避免出现死循环、死机等问题。
最后，我们需要进行系统测试和调试。
测试时可以使用温度计等工具对恒温箱的温度进行实时监测，以验证系统的稳定性和准确性。
调试时需要根据测试结果对程序进行优化和调整，以达到更好的控制效果。
综上所述，基于单片机的恒温箱控制系统设计需要选择适合的单片机、设计恒温箱的硬件电路、编写单片机的程序以及进行系统测试和调试。
这种控制系统可以实现对恒温箱温度的精确控制，提高恒温箱的使用效率和稳定性。
恒温箱控制系统设计
一．课程设计内容运用所学单片机、模拟和数字电路、以及测控系统原理与设计等方面的知识，设计出一台以AT89C52为核心的恒温箱控制器，对恒温箱的温度进行控制。
完成恒温箱温度的检测、控制信号的输出、显示及键盘接口电路等部分的软、硬件设计，A/D和D/A转换器件可自行确定，利用按键（自行定义）进行温度的设定，同时将当前温度的测量值显示在LED上。
恒温箱控制器要求如下：1）目标稳定温度范围为100摄氏度——50摄氏度。
2）控制精度为±1度。
3）温度传感器输入量程：30摄氏度——120摄氏度，电流4——20mA。
加热器为交流220V，1000W电炉。
二．课程设计应完成的工作1）硬件部分包括微处理器（MCU）、D/A转换、输出通道单元、键盘、显示等；2）软件部分包括键盘扫描、D / A转换、输出控制、显示等；3）用PROTEUS软件仿真实现；4）画出系统的硬件电路结构图和软件程序框图；5）撰写设计说明书一份(不少于2000字)，阐述系统的工作原理和软、硬件设计方法，重点阐述系统组成框图、硬件原理设计和软件程序流程图。
说明书应包括封面、任务书、目录、摘要、正文、参考文献(资料)等内容，以及硬件电路结构图和软件程序框图等材料。
注：设计说明书题目字体用小三，黑体，正文字体用五号字，宋体，小标题用四号及小四，宋体，并用A4纸打印。
三．课程设计进程安排序号课程设计各阶段名称日期、周次1 总体设计，硬件设计2012年12月24日~25日，17周2 绘制软件程序流程图，编写软件2012年12月26日~28日，17周3 软、硬件仿真调试2012年12月27日，18周4 软、硬件仿真调试2013年1月2日~3日，18周5 撰写设计说明书2013年1月4日，18周四、．设计资料及参考文献1．王福瑞等．《单片微机测控系统设计大全》．北京航空航天大学出版社，1999 2．《现代测控技术与系统》韩九强清华大学出版社 2007.9 3．《智能仪器》程德福，林君主编机械工业出版社 2005年2月4．《测控仪器设计》浦昭邦，王宝光主编机械工业出版社 20015．Keil C51帮助文档五．成绩评定综合以下因素：(1) 说明书及设计图纸的质量(占60%)。
基于单片机的恒温箱控制系统设计
基于单片机的恒温箱控制系统设计恒温箱是一种用于保持特定温度的设备，广泛应用于实验室、医疗、食品加工等领域。
为了实现对恒温箱的精确控制，我们可以利用单片机来设计一个智能的恒温箱控制系统。
我们需要选择合适的单片机作为控制核心。
常见的单片机有51系列、AVR系列、STM32系列等，我们可以根据实际需求选择合适的型号。
接下来，我们可以通过编程来实现对恒温箱的控制。
在编程之前，我们需要设计一个合适的硬件电路。
一个基本的恒温箱控制系统包括温度传感器、加热器、风扇、显示屏等组件。
温度传感器用于实时监测箱内温度，加热器和风扇用于调节箱内温度，显示屏用于显示当前温度和设定温度。
在编程方面，我们可以利用单片机的IO口和模拟输入输出功能来实现对各个组件的控制。
首先，我们需要通过温度传感器获取到当前的温度值。
然后，我们可以根据设定的温度范围来判断是否需要调节加热器或风扇。
如果当前温度低于设定温度，则启动加热器；如果当前温度高于设定温度，则启动风扇。
通过不断监测和调节，我们可以实现对恒温箱内温度的精确控制。
除了基本的温度控制功能，我们还可以加入一些其他的功能，以提升系统的智能化程度。
例如，我们可以设置定时开关机功能，实现按照设定的时间自动启动和关闭恒温箱。
我们还可以设计一个温度曲线显示功能，实时显示恒温箱内温度的变化趋势。
此外，我们还可以通过串口通信将实时温度数据传输到计算机上，方便用户进行数据分析和记录。
在系统设计过程中，我们需要考虑到安全性和稳定性。
首先，我们需要加入过温保护功能，当温度超过设定的安全范围时，系统会自动关闭加热器并发出警报。
其次，我们需要合理设计硬件电路，确保电路的稳定性和可靠性。
此外，我们还需要进行充分的测试和调试，确保系统工作正常并能够稳定运行。
基于单片机的恒温箱控制系统设计可以实现对恒温箱内温度的精确控制。
通过合理的硬件设计和编程，我们可以实现恒温箱的智能化控制，提升系统的功能和性能。
这不仅可以满足实验室、医疗、食品加工等领域对恒温箱的需求，还可以为科研人员提供一个稳定、可靠的实验环境。
恒温箱温度计算机控制系统设计
西南科技大学计算机控制系统报告设计名称：恒温箱温度计算机控制系统设计姓名： XXX学号: XXX班级：自动09XX指导教师：聂诗良起止日期：2012.10.15--2012.11.15西南科技大学信息工程学院制设计任务书学生班级：自动0903 学生姓名：XXX 学号：2009XXX 设计名称：恒温箱温度计算机控制系统设计起止日期：10月15日——11月15日指导教师：聂诗良恒温箱温度计算机控制系统设计摘要：本设计从实际应用出发选取了体积小、精度相对高的数字式温度传感元件DS18B20作为温度采集器，单片机AT89C51作为主控芯片，液晶作为显示输出，实现了对温度的实时测量与恒定控制。
关键词：恒温，AT89S52 单片机，温度传感元件The incubator temperature computercontrol system designAbstract：The design from the actual application to select a small size, and relatively high accuracy digital temperature sensing element DS18B20 as temperature collector, AT89C51 microcontroller as the master chip, digital tube display output to achieve real-time measurement of temperature and constant control .Keyword:Thermostat. AT89S52 microcontroller;Temperature sensor element;1设计目的和意义利用AT89S52对温度进行控制，采用单总线传输方式的DS18B20作为温度传感器，与按键、液晶显示、报鸣器等外部辅助硬件共同组成一个温度控制系统，实现温度的自我调节。
恒温箱温度控制系统的设计
在当今社会，由于科技快速进步，国家经济水半的高速发展，以及大众对恒温箱的 需求的增长，所以就对恒温箱提出了更高的耍求。不仅要控制的精度越來越高，还要经 济实惠，更希望恒温箱有一个温度控制的范围，可以让用户白己设置自己所需温度，以 满足不同用户的不同需求。
一般的温度控制方法都是设定一个数值为温度的临界点，超过误差允许的范畴则要 进行温度调控。本方法容易操作，价格适中，但结果不理想，控温精度不高，需要较长 的时间才可以到达稳定点。因此，它只适用于对精度要求不高地方。
关键词：恒温箱；温度控制：MATLAB：PID
Abstract
Tliis paper is mainly to design a set of temperature control system that can control the temperature of incubators precisely. Tliis system is capable in automatically and accurately measuring the temperature inside the oven in real-time and control the temperature within tlie setting eiTor range by heating and cooling・Incubators have a veiy important significance in various fields. Due to its complication in the control system, basically it is impossible to mathematically establish a mode accurately. Tlie current used algorithm contiol metliod is the classical contiol method and intelligent control method. By combining these two algoritlims, an effective control on the temperahire is acliieved.
恒温控制系统设计与实现
恒温控制系统设计与实现恒温控制系统是一种自动调节温度的机械设备，不仅在实验室研究中有广泛的应用，也在医疗、环保、食品加工等实际生产中起到重要的作用。
本文将从设计、制作、实现等方面介绍恒温控制系统。
一、设计设计恒温控制系统需要考虑以下因素：温度范围、精度要求、稳定性、驱动方式、控制方式等。
为了满足不同的需求，设计过程需要进行正确的参数选择。
首先，选择温度范围。
根据不同的应用场景，如实验室、医疗、食品等，温度范围会有所不同。
对于实验室来说，温度范围一般在0~100℃之间，而对于食品加工行业，温度范围则可能需要达到200℃以上。
其次，精度要求。
恒温控制系统需要达到的温度精度在不同场景下也会有所不同。
比如，在实验室中，温度精度要求至少在0.1℃以内，而在一些生产场景中，温度精度要求则可以更低。
稳定性也是设计考虑的因素之一。
恒温控制系统需要在设定温度时，快速将控制器的输出信号调整到合适的电平，使恒温器能够实现控制。
而为了实现缓慢而稳定的温度变化，系统需要具备一定的稳定性和抗干扰能力。
驱动方式也需要设计考虑。
恒温控制系统在实现温度控制时需要使用功率放大器来驱动加热和制冷器件。
而不同的系统会使用不同种类的功率放大器来驱动，如MOSFET放大器、晶体管放大器、三极管放大器等。
最后是控制方式。
恒温控制系统可以使用开环和闭环两种控制方式，开环控制的精度相对较低，适合一些简单的控制场景，而闭环控制可以根据系统的反馈信号进行反馈修正，从而获得更高的控制精度。
二、制作在设计完成后，需要将系统制作出来。
首先需要进行电路设计，如功率放大器的设计、AD转换电路的设计等。
由于不同场景下的电路设计可能存在差异，因此需要按照具体需求进行设计。
在电路设计完成后，需要进行电路的焊接和测试工作。
由于恒温控制系统设计使用的器件较多，因此需要仔细检查电路中所有器件的接线，并进行细致的调试工作。
完成电路的制作后，需要选择合适的外壳封装电路。
封装电路材料可以使用金属或者塑料材料，保证电路的安全可靠。
(完整版)基于Matlab的恒温箱温度控制系统设计与仿真毕业设计
毕业设计论文基于Matlab的恒温箱温度控制系统设计与仿真摘要恒温箱在工业生产和科学研究中有着重要的作用，因此设计一个合适的温度控制系统有着重要的意义，而恒温箱的温度控制系统比较复杂，是一个大时滞、时变、非线性系统，很难用数学方法建立精确的数学模型。
目前主要采用经典控制、智能控制和两种控制算法相结合的控制算法对恒温箱的温度控制系统进行控制。
在本文中选定二阶纯滞后环节为控制对象的数学模型，对其分别采用PID控制算法，模糊控制算法和模糊PID算法对恒温箱进行控制，并用Matlab对各算法进行仿真比较分析。
通过对这几种算法的仿真与研究，发现PID整定好的参数不能长期适应系统模型，需要不断对控制器参数进行整定，才能达到较好的控制效果；模糊控制不依赖于系统的精确模型，是解决不确定性系统的一种有效途径，但控制精度不高，且量化因子和比例因子确定后，其适应能力有限制；而模糊PID控制方法具备了模糊控制和PID控制各自的优点，同时具有很强的鲁棒性和适应能力。
关键词大时滞系统，PID控制，模糊控制，模糊PID控制ABSTRACTAs thermostat plays an important role in the production andscientific research, so designing a suitable temperature control system important significance. The thermostat's temperature control system is complex, and is a large time lag, time-varing, nonlinear system, then it is difficult to establish an accurate mathematical model. Currently the classical control, inligent control and their combined control algorithm are main used for control the temperature control system.This paper selects second-order lag model for the control object, and uses PID control algorithm, fuzzy control algorithm and fuzzy PID algorithm to control thermostat and uses Matlab software for the simulation comparative analysis. By studying several simulation we found that PID algorithm arranges the parameter cannot adapt a long time, and it need unceasingly be carried on the adjustment and achieve the anticipated effect. Fuzzy control does not depend on the precise object model and is an effective way to solve the uncertainty. But the control accuracy is not quantifiable factor and scale factor is determined ,its adaptable ability is restricted. As fuzzy PID control algorithm ,it not only combines the fuzzy control andPID control with their respective advantages, but also , PID control, Fuzzy control, Fuzzy PID control1.绪论........................................ 错误！未定义书签1.1选题的目的、意义........................................1.2对本课题涉及问题的研究现状..............................1.2.1经典控制.............................................................1.2.2智能控制.............................................................1.2.3结论.................................................................1.3主要解决的问题..........................................2.PID控制及仿真 ..............................................2.1微分先行PID算法[7] ....................................2.2参数辨识 ..............................................2.3PID参数的整定..........................................2.3.1PID参数的特点........................................................2.3.2ZN经验公式法.........................................................2.4PID算法仿真............................................3.1模糊控制基本原理[11] ...................................3.1.1模糊控制基本思想.....................................................3.1.2模糊控制器的基本结构 .................................................3.1.3模糊控制的特点.......................................................3.2模糊控制器的设计[12] ...................................3.3温度模糊控制器的设计...................................3.3.1控制器结构...........................................................3.3.2模糊子集的选取.......................................................3.3.3模糊规则的确定.......................................................3.3.4模糊推理.............................................................3.4模糊控制仿真...........................................3.4.1模糊控制仿真.........................................................4.模糊PID控制及仿真.........................................4.1模糊PID控制器结构.....................................4.2模糊控制器的设计.......................................4.2.1模糊子集的选取.......................................................4.2.2模糊规则的建立.......................................................4.2.3模糊推理及模糊决策 ...................................................4.3模糊PID控制的仿真..................................... 参考文献..................................................... 答谢...................................................1.绪论恒温箱主要用来控制温度，在目前工业生产及科学研究中有着重要的作用，因此设计一个高精度的恒温箱温度控制系统有着重要的实际意义和应用价值。
恒温箱的PID控制-自动控制原理课程设计报告
<恒温箱的PID控制摘要：为满足生产生活中对稳定温度的需求，恒温箱是必不可少的。
用PID调节方法控制恒温箱的温度，保证温度在标准范围内稳定。
在完成任务的基础上，采用PID整定方法或通过改良PID控制器实现稳、准、快的要求，并在调节过程中发现、整理如何调节PID参数相对最优。
*Abstract:To meet the needs of production in the life of stable temperature, constant temperature box is the temperature of the incubator with the PID method, guarantee the stability of the temperature within the scope of the the basis of completing the task, using PID setting method or through improved PID controller to realize steady, accurate, fast, and found in the process of adjusting and sort out how to adjust the relative optimal PID parameters.关键词：PID，恒温箱，整定方法Key word:Proportion Integration Differentiation,incubator,Setting method).目录：恒温箱的PID控制 (1)一、引言： (3)恒温箱温度控制系统简介 (3)恒温箱工作流程 (3)二、理论基础： (4)。
控制原理 (4)控制器各校正环节的作用 (5)三、温度控制系统模型建立 (5)恒温箱温度控制系统方框图 (5)温度系统模型 (6)四、PID温度控制器分析设计 (6)PID建模 (6)simulink仿真 (8)！系统改良 (9)五、结论 (11)…一、引言：在工业生产和实验研究中，经常需要高稳定度的恒温环境，因此恒温箱或者说是恒温系统应用十分广泛。
恒温箱自动控制系统设计报告 水温自动控制系统设计报告
恒温箱自动控制系统设计目录：1系统方案 (2)1.1恒温箱控制系统设计任务和要求 (2)1.2恒温箱控制系统部分 (2)1.3温度控制系统算法分析 (3)2系统硬件设计 (6)2.1总体设计框图及说明 (6)2.2各个子模块设计 (7)2.2.1 CPU的选择 (7)2.2.2温度采集电路 (8)2.2.3温度控制电路设计 (9)2.2.4键盘设置电路 (11)2.2.5 LCD显示电路 (12)2.2.6 报警电路 (13)3系统软件设计 (14)3.1程序框架结构 (14)3.2程序流程图及部分程序 (14)3.2.1主程序模块 (14)3.2.2按键程序 (16)3.2.3 LCD显示程序 (16)3.2.4 DS18B20采集温度程序 (17)3.2.5PID计算程序 (20)3.2.6 继电器控制程序 (21)3.2.7附加显示时间程序 (21)4 系统仿真报告 (21)5 系统的焊接与调试 (26)6 结论与心得体会 (27)7 参考文献 (28)8 附录一系统源程序 (29)1系统方案1.1恒温箱控制系统设计任务和要求该系统为一实验系统，系统设计任务如下：设计一个恒温箱自动控制系统，控制对象为一玻璃钢的一部分。
箱内温度可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动调整，以保持特定的温度不变。
系统设计具体要求：温度设定范围为30-50摄氏度；环境温度降低是控制恒温箱温度误差小于1摄氏度；采用适当的方法，使得温度在一定范围内才进行控制，大于某一范围直接加热或者不加热，减小系统的调节时间；采用适当方法减少系统的超调量；用LCD1602显示温度与时间。
1.2恒温箱控制系统部分温度控制系统是一个过程控制系统，组成框图如图1所示，由控制器、执行器、被控对象其反馈作用的测量组成。
图1 计算机控制系统框图本系统中CPU选择为单片机，执行器为继电器，控制加热片通断，检测装置为温度传感器采集温度并反馈给单片机。
温度控制恒温箱的设计和分析研究
1引言恒温箱智能控制系统已广泛应用于社会和生活中的各个领域，在恒温箱的发展过程过程中，温度控制对恒温箱的设计是人类长期以来研究的重要课题。
此论文主要研究恒温箱温度控制，硬件采用Proteus ISIS 7.8进行仿真，程序采用Keil 进行仿真。
最后，硬件仿真与程序仿真结合便测试出所设计的效果。
1.1 研究背景及现状温度控制是恒温箱的重要环节，对温度智能控制系统有重大意义。
在日常生活中，可以用来保存食物；在工业中，可以保存工业原料以及一些产品的测试，其控制效果的好坏会对产品有直接影响；在农牧业中，可以育苗，可以饲养生物；在科研机构可以培养细胞；在生物研究中，可以为无菌试验创造有利的条件；一些高端电子设备的正常运行需要一定的温度环境。
上世纪70年代，温度控制系统在国外开始被研究。
大约在80年代，国外温度控制系统发展迅猛，智能化等在科技中也有较大的成就。
程美枫2014年在干燥箱温度中系统误差的分析中提出了用一定的方法发现和减小或消除系统误差[1]；李颖2015年在0℃恒温装置的设计中提出一种便携式无线监控0℃恒温箱[2]；孙宏健2016年在一种数字温度计的设计和校准中提出了由单片机与温度传感器组成的硬件设计方案[3]；王一帜2017年在便携智能恒温箱的设计中研究了半导体制冷材料以及单片机的相互连接与信号转换，实现恒温控制及温度显示功能。
[4]；赵静2018年在一种外循环式温度恒温箱设计中提出了用微小压力流体压强原理进行测量水介质外循环控温的恒温箱[5]。
本论文重点研究恒温箱温度的智能控制，首先对器件进行选择，然后通过仿真，分析恒温箱温度的设计以及应用领域。
在研究温度控制系统时，对温度的参数设置进行分析对比，以达到最优效果。
1.2 本人主要工作本论文首先对恒温箱硬件和软件的器件进行了选择。
然后，选择并使用合适的软件进行温度测量，通过Proteus ISIS和Keil仿真，并对比温度的参数，来回控制，使温度控制在设置温度的上下。
一种恒温箱温度控制系统的设计与实现_邬琦[1]
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０ 引言
近年来 ， 随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境 要 求的提高 ， 国内外对于测温系统的研究越来越深入 ， 恒温箱 被 广泛应用于医疗保健 、 智能家居 、 工农业生产 、 航天科研 等 领 域 。 但随着对测温精度和温度分辨率要求的不断提高 ， 一般 的 恒温箱很难满足实际应用要求 。 随着单片机的飞速发展 ， 并 且 其具有体积小 、 方便灵活 、 性价比高等特点 ， 把单片机应 用 到 温度控制系统中 可 以 起 到 更 好 的 控 温 作 用
（ ） 文章编号 ： ４ ５ ９ ２ ４ ５ ０ ４ １ ８ ２ ０ １ ４ ０ ８ ５ ７ ３ ． ５ １ ６ ７ Ｔ Ｐ ２ － － － 中图分类号 ：
一种恒温箱温度控制系统的设计与实现
３ 邬 琦１， 杨江涛２，
（ 中北大学 计算机与控制工程学院 ， 太原 ０ 中北大学 电子测试技术国家重点实验室 ， 太原 ０ １． ３ ０ ０ ５ １； ２． ３ ０ ０ ５ １； ） 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室 ， 太原 ０ ３． ０ ５ １ ３ ０
Ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ａ ｎ ｄ Ｉ ｍ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ａ Ｔ ｅ ｍ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｇ ｐ ｐ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｆ ｏ ｒ Ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ｏ ｓ ｔ ａ ｔ ｙ
１ ２， ３ Ｗｕ Ｑ ｉ ａ ｎ Ｊ ｉ ａ ｎ ｔ Leabharlann ｏ ，Ｙ ｇ ｇ 控制技术
计算机测量与控制． ２ ０ １ ４． ２ ２（ ８） Ｃ ｏ ｍ ｕ ｔ ｅ ｒ Ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ＆ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｐ
文献标识码 ： Ａ
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实验用恒温箱控制系统设计及其模型建立作者：杨明杨华王洋
来源：《科技创新与应用》2019年第34期
摘; 要：文章介绍了基于STC15F2K60S2单片机的恒温箱控制系统设计及其模型建立。
由温度传感器DS18B20采集温度信号，传送给单片机对信号进行处理，把数据传送给LCD1602显示，采用PWM方式的PID控制算法，调节风扇转速来散热从而达到恒温的目的。
实物恒温箱模型主要用于本院学生实验教学。
关键词：恒温箱;温度传感器;PID;PWM
中图分类号：TP273 文献标志码：A; ; ; ;文章编号：2095-2945（2019）34-0037-03
Abstract： This paper introduces the design of the constant temperature box control system based on STC15F2K60S2 microcontroller and its model establishment. Temperature signal is collected by temperature sensor DS18B20 and transmitted to single chip microcomputer to process the signal. The data is transmitted to LCD1602 for display. PID control algorithm in PWM mode is adopted to adjust the fan speed to dissipate heat so as to achieve the purpose of constant temperature. The constant temperature box model is used in the experimental teaching of the students in our college.
Keywords： constant temperature box; temperature sensor; PID; PWM
1 概述
計算机控制技术是我院自动化专业和测控技术与仪器专业的一门专业核心课程，课程的特点是实践性强、与专业基础课密切相关，涉及的基础理论和知识面比较广，包括自动控制技术、计算机技术、网络与通信技术、检测与传感器技术、显示技术、电子技术等[1-3]，故该课程的学习难度较大。
为了提高教学质量，使学生更好的掌握计算机控制系统的硬件和软件的基础知识及其应用技术，进行教学改革，提出了项目式教学方法[4，5]。
故设计此恒温箱控制系统，并以此为例，将其分解进行模块化授课，并建立其数学模型，以此为基础来验证学生自己编写的控制算法。
2 恒温箱控制系统硬件设计
恒温箱控制系统硬件主要由控制器、温度检测电路、按键电路、显示电路、声光报警电路和加散热模块等组成，其系统框图如图1所示。
2.1 主控电路设计
核心器件主控制器采用的是中国深圳宏晶STC15F2K60S2单片机，是一种增强型的8051
单片机，是新型的FLASH单片机，与传统的8051系列单片机兼容，在片内资源、操作性能和运行速度上做了很大的改进，同时还具有集成度高，系统结构简单，体积小，可靠性高，处理能力强，速度快，具有超低功耗等特点[6]。
温度采集采用的是数字温度传感器DS18B20，采
用单总线协议，即与单片机接口仅需占用一个I/O端口，其内部集成A/D转换器，无需任何外
接元件，可直接将温度转化成串行数字信号供处理器处理，达到温度采集的目的[7-9]。
按键电路采用4个独立按键，用来设置被控温度给定值和PID参数。
显示电路采用液晶显示屏
LCD1602，显示当前温度、设定温度以及PID参数和恒温箱开机运行时间等。
恒温箱控制系统的主控电路如图2所示。
2.2 风扇电机驱动电路设计
加热装置由4个白炽灯组成，分成2组分别控制通断，来实现对恒温箱的恒定加热。
散热装置由4个风扇组成，分别装在恒温箱的4个箱壁上，通过PWM（脉宽调制）技术来调节风扇转速，达到恒温的目的。
IR2104是一种高性能的半桥驱动芯片，该芯片内部是采用被动式泵荷升压原理，其内部自带死区时间设置[10]。
在电路的应用过程中，利用单片机输出PWM 信号，用于控制上下MOS管的导通与截止，当PWM信号翻转时，芯片输出电平发生翻转，上下MOS轮流导通。
其风扇电机驱动电路设计如图3所示。
3 恒温箱控制系统软件设计
恒温箱温度计算机控制系统在完成硬件设计之后，以此为基础开始软件设计，软件设计将主要是对各个模块进行全面的使用与合理的配置，进而保证系统的实效性。
系统主程序流程图如图4所示。
系统上电后处于待机状态，按开机键后首先进行系统初始化，其包括设置RTC 实时时钟、LCD1602显示初始化、按键初始化、PID参数初始化、PWM参数初始化等。
此后进行按键扫描和液晶屏显示，采用中断方式来实现每隔1秒对温度的实时采集、偏差计算、PID控制算法计算、PWM输出控制电风扇转速。
4 实物实现
根据设计思想，制作出实物，恒温箱主体及主控制器如图5所示。
使用时当接通电源，显示屏就会显示出设定温度和当前箱内的温度，通过功能键和上升、下降两个按键，可以来设置给定温度和PID控制参数。
根据设定温度与当前温度的偏差大小，采用PID控制算法、通过PWM调制、控制电风扇的转速，从而达到恒温的目的。
表1列出了恒温箱在工作了15分钟后恒温箱在3分钟内的温度波动情况，10秒钟测量一个数据。
可见这3分钟内其温度波动极值为0.3℃，此恒温箱控制系统控制精度可达±0.2℃。
5 数学模型的建立
建立数学模型的方法有解析法和实验辨识法两种。
采用解析法建模的首要条件是对被控对象的特性和机理有较深入的理解，能准确地加以数学描述，对于机理复杂，难以完全了解内部变化情况的被控对象的数学模型建立存在困难。
故本文采用实验辨识法，先给被控对象施加一个输入信号，然后记录输出的变化量，得到一系列实验数据或响应曲线，最后再根据输入-输
出试验数据确定其模型的结构（包括模型形式、阶次与纯滞后时间等）与模型的参数[11]。
对于本恒温箱控制系统加热源采用4个白炽灯加热，可以认为是恒定不变的，先恒定控制器输出值使系统达到稳定，然后改变控制器的输出值并恒定不变，便可得到恒温箱控制系統的阶跃响应。
在实验过程中，专门编写一段程序完成阶跃响应的采样记录和数据传送，便可得到阶跃响应的数据并通过通信接口送给PC计算机，把各采样点的时间值和幅度值分别以数组名为“tdata”和“Tdata”输入到MATLAB工作空间[12]，即可得到恒温箱控制系统的阶跃响应曲线如图6所示。
根据阶跃曲线响应法确定增益K、时间常数T和纯滞后时间？子便可得到恒温箱控制系统的传递函数模型为：
6 结束语
本文详细地阐述了恒温箱控制系统的硬件组成和软件设计，恒温箱控制系统主要由主控制器、温度检测电路、显示电路、按键电路、声光报警电路及加热散热等模块组成，软件编程采用C语言，并做出了设计的实物，经实验测试此系统控制精度达到±0.2℃。
采用实验辨识法建立其数学模型，并以此模型为基础，验证学生自己编写的控制程序如PID控制、Smith预估控制、Dahlin算法等，在教学实践中取得了较好的效果，培养了学生的实际动手能力和创新能力。
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