基于单片机的鸡雏孵化室恒温控制器设计

`基于单片机的鸡雏孵化室恒温控制器设计摘要温度是一个很重要的基本物理量，在很多领域都要涉及到，例如：冶金工业、化工生产、造纸行业、机械制造、电加热炉及家用电器等，都需要对其进行测量和控制，使被控温度保持在预先设定的围（即恒温控制）。

在本课题研究的鸡雏孵化室恒温控制器中,要求室温恒定保持在38℃之间,且精度要达到±1℃,因此这里需考虑加热控制和散热装置。

在恒温控制方面运用基于单总线多点循环技术进行温度采样,最终利用继电器控制加热装置实现加热控制。

另外也可通过仪器控制面板实现温度的设定与显示。

关键词：STC89C51 鸡雏孵化室温度控制目录一、绪论 (4)（一）温度控制系统设计的背景、发展历史及意义 (4)（二）本设计的应用及意义 (4)（三）鸡雏孵化室恒温控制系统完成的功能 (5)二、系统框图 (5)三、方案比较与论证 (5)（一）温度的采集取样 (5)（二）温度的显示 (5)（三）单片机的控制 (5)（四）温度加热 (6)（五）温度散热 (6)四、单元模块设计 (6)（一）温度检测模块 (6)（二）显示模块 (8)（三）报警模块 (8)（四）温度控制模块 (8)（五）单片机模块 (8)五、DS18B20温度传感器简介 (8)（一）温度传感器的历史及简介 (8)（二）DS18B20的工作原理 (8)（三）DS18B20的测温原理 (11)六、硬件设计 (12)（一）温度采集电路 (12)（二）显示电路 (12)（三）时钟电路 (13)（四）复位电路 (13)（五）报警电路 (14)（六）按键电路 (14)（七）总电路 (14)（八）PCB板电路 (15)七、软件设计 (16)（一）主程序流程图 (17)（二）本设计源码 (17)（三）程序仿真电路 (24)八、结束语 (25)参考文献 (26)基于单片机的鸡雏孵化室恒温控制器设计一、绪论（一）温度控制系统设计的背景、发展历史及意义随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。

特别是近年来，温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题。

针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。

温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。

在工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。

比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的围之；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。

没有合适的温度环境，许多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。

因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。

可见，温度的测量和控制是非常重要的。

单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。

随着温度控制器应用围的日益广泛和多样，各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。

近年来，人类的生产和生活方式发生了巨大的变化，产生这一变化的重要原因就是计算机技术的飞速发展。

第一台计算机诞生至今仅仅几十年的时间，计算机的性能已经大大提高，价格不断的下降，从而使之可以迅速而广泛地应用于人类的生产和生活的各个领域。

然而鸡雏孵化室的温度控制的发展无疑得益于计算机技术的发展。

（二）本设计的应用及意义本设计以保质、节能、安全和方便为基准设计了一个鸡雏孵化室恒温控制器，根据需要进行相应的数据分析和处理，由此完成对鸡雏孵化室温度的采样和控制。

通过本设计掌握使用高级语言对单片机编程技术以及一线总线制在单片机方面的应用及利用继电器控制加热装置，从而控制大功率的加热设备，提高实际工作技能。

本设计以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用，在很大程度上提高了生产、生活中对鸡雏孵化室温度的控制水平。

本文的设计正是一个本着学习、创新和服务人类的思想的机器设计，让机器按照自己预定的想法和目的运作。

（三）鸡雏孵化室恒温控制系统完成的功能本设计是对鸡雏孵化室温度进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：当温度低于设定下限温度时，系统自动按程序设计的顺序利用继电器使加热装置对鸡雏孵化室进行加温，使温度上升。

当温度上升到下限温度以上时，按顺序停止加热装置加温；当温度达到设定温度时，系统停止加温。

当温度高于设定上限温度时，系统自动按程序设计的顺序利用散热装置对鸡雏孵化室进行降温。

温度在上下限温度之间时，执行机构不执行。

四个数码管即时显示温度，精确到小数点后一位。

二、系统框图报警电路温度控制电路三、方案比较与论证（一）温度的采集取样方案一：采用热敏电阻。

热敏电阻是一种随温度变化阻值随之变化的器件。

当温度变化时热敏电阻的阻值，电阻两端产生的电压也随之变化。

通过比较器设置的电压进行比较，对电压的变化来判断温度的变化。

从而可以控制加热的时间。

采用热敏电阻时，比较电路需要很精确的设计，且对电路要求跟高。

方案二：采用温度芯片DS18B20进行温度采集。

该温度芯片不需要接外围电路，可以直接接至单片机，通过单片机直接读取温度值。

这样可以省掉部分电路的设计，同时电路也变得更简洁，控制更好。

综合上述的方案，我们采用方案二。

方案二电路比较简单合理。

（二）温度的显示方案一：采用LED显示。

LED点阵可以显示多种字符以及图形，可用软件进行调制，有很强的兼容性以及可操作性。

但是对于本系统来说其成本比较高。

方案二：采用数码管显示。

数码管体积小，又便于单片机控制。

本系统需要显示1到9，硬件只需通过控制单片机来直接控制数码管的显示。

采用数码管节约I/O口，同时减少成本。

综合上述的方案，我们采用方案二。

（三）单片机的控制方案一：采用普通继电器控制电热器加热。

通过单片机输出的PWM脉冲来控制继电器的接通和断开。

由于电磁继电器相应存在延迟（20MS-25MS左右）相对于单片机而言相当长的时间，而且存在电火花（弧）等不安全因素。

普通继电器性能不是很优越，反映慢。

方案二：采用固态继电器控制电热器加热。

通过单片机输出的PWM脉冲来控制继电器的接通和断开。

固态继电器交流端采用无触点接通和断开，性能优越反映快。

方案三：利用MOC3021光电耦合器控制加热装置，响应及时。

不会存在安全隐患。

综合上述的方案，我们采用方案二。

（四）温度加热方案一：采用电烙铁加热。

电烙铁价格较贵，存在一些安全隐患，并且加热区域较小。

方案二：采用100W灯泡加热。

100W灯泡价格便宜，使用方便，材料常见，便于更换。

方案三：采用电热管加热。

电热管加热不够安全。

由于灯泡价格便宜，且设计简单，易于采购，所以采用方案二。

（五）温度散热方案一：采用制冷空调散热降温。

空调价格比较昂贵，不易于安装。

散热速度快，但经常启动停止会致使空调损坏。

方案二：采用电风扇散热降温。

电风扇价格比较便宜，且便于放置和更换。

由于空调价格昂贵，而电风扇价格便宜，且方便利于普及，所以采用方案二。

四、单元模块设计本设计主要分为5个模块：1、温度检测模块2、显示模块3、报警模块4、温度控制模块5、单片机模块（一）温度检测模块该模块是温度检测模块主要由DS18B20构成，主要作用是将实际温度通过DS18B20传输给单片机。

用于单片机判断与设定温度的差值，再去控制继电器模块的开或闭。

DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温。

这一部分主要完成对温度信号的采集和转换工作，由DS18B20数字温度传感器及其与单片机的接口部分组成。

数字温度传感器DS18B20把采集到的温度通过数据引脚DQ脚传到单片机的P2.7口，单片机接受温度并存储。

此部分只用到DS18B20和单片机，硬件很简单。

1.DS18B20的性能特点如下：（1）独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；（2）多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；（3）无须外部器件；（4）可通过数据线供电，电压围为3.0～5.5V；（5）零待机功耗；（6）温度以4位数字显示；（7）用户可定义报警设置；（8）报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；（9）负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。

2.DS18B20的部结构DS18B20采用3脚PR－35封装，如图4-1所示；DS18B20的部结构，如图4-2所示。

引地数据线可选图4－1 DS18B20封装图4－2 DS18B20部结构3.DS18B20工作原理及应用DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。

其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。

在讲解其工作流程之前我们有必要了解DS18B20的部存储器资源。

18B20共有三种形态的存储器资源，它们分别是：ROM只读存储器，用于存放DS18B20编码，其前8位是单线系列编码（DS18B20的编码是19H），后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56位的CRC码。

数据在出产时设置不由用户更改。

DS18B20共64位ROM。

RAM数据暂存器，用于部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20共9个字节RAM，每个字节为8位。

第1、2个字节是温度转换后的数据值信息，第3、4个字节是用户EEPROM(常用于温度报警值储存)的镜像。

在上电复位时其值将被刷新。

第5个字节则是用户第3个EEPROM的镜像。

第6、7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是部温度转换、计算的暂存单元。

第9个字节为前8个字节的CRC码。

EEPROM非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在镜像，以方便用户操作。

DS18B20的主要特征：全数字温度转换及输出，先进的单总线数据通信。

最高12位分辨率，精度可达正负0.5摄氏度，12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。

可选择寄生工作方式。

检测温度围为-55°C~+125°C（-67°F~+257°F）置EEPROM,限温报警功能。

64位光刻ROM,置产品序列号，方便多机挂接。

多样封装形式，适应不同硬件系统。

DS18B20引脚功能：GND电压地，DQ单数据总线，VDD电源电压，NC空引脚。

DS18B20C采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装。