基于单片机的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

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 2001

5．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%)。

(2) 独立工作能力及设计过程的表现(占20%)。

(3) 回答问题的情况(占20%)。

说明书和图纸部分评分分值分布如下：

1、需求分析与设计思路（10分）

要求说明设计任务的具体技术指标打算如何实现，根据实现各技术指标的解决方法，提出总体设计的思路和解决方案，说明其中关键问题及其解决办法。

2、总体方案设计（10分）

根据设计思路，完成：1）软件与硬件分工说明；2）硬件总体框图；3）软件结构图。

3、详细设计（35分）

根据总体设计：

1）用Proteus画出电路原理图；（10分）

2）列出元件清单并说明元件选择及参数选择的依据；（5分）

3）画出单片机片内资源分配图（或表）；（5分）

4）画出软件流程图；（10分）

5）提交程序清单。（5分）

4、使用说明（5分，第3）项为2分，其余每项1分。）

1）性能和功能介绍；2）各操作开关、按钮、指示灯、显示器等的作用介绍；3）使用操作步骤；4）故障处理。

一、主要任务与目标：

恒温控制在工业生产过程中举足轻重，温度的控制直接影响着工业生产的产量和质量。本课题基于单片机设计一个恒温箱控制系统，系统包括硬件和软件两部分，其中硬件包括数据采集、显示、控制、报警及温度传感器的设计，软件包括键盘管理程序设计、显示程序设计、控制程序设计和温度报警程序设计。

能够实现设置和调节初始温度值，进行数码显示，当加热到设定值后立刻报警。设计过程中设计的控制方案能够保证精度，考虑系统的安全性、可靠性和稳定性。

二、主要内容与基本要求：

1.主要内容：

（1）了解温度传感器特点及其适用范围，针对恒温箱进行合理的选型；

（2）掌握控制器单片机的有关知识，并熟悉其编程；

（3）对单片机测控程序及其接口技术作重点的掌握；

（4）在以上几个内容的基础上，进行课题的总体设计，绘制系统的总体电路。选择合适的相关硬件，最终完成本课题的设计。

2．基本要求：

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。

三、恒温箱控制系统的硬件设计

1.系统设计要求

1)目标稳定温度范围为100摄氏度——50摄氏度。控制精度为±1度。

2)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。

3) 键盘按键输入, 具有设定、加温、减温、复位等。

4) 显示功能, 数码管显示设定值与当前所测温度值。

5) 具有超温报警功能。

6) 具有掉电保护功能。

2 .方案设计

1) 以应用广泛、性能可靠的M CS 51 系列单片机组成控制系统。

2) 温度采样选择数字温度传感器DS18B20。

3) 利用P P 40 微型打印机进行温度记录打印。

4) 单片机与上位机通信采用MA X 489 构成标准RS- 422A 通信接口。

5) 键盘为8 键式, 完成设定、增温、降温、清除、模式切换、复位、,3位数码管循环显示设定与检测的温度。

四、恒温箱控制系统框图

五、功能模块

根据上面对工作流程的分析，系统软件可以分为以下几个功能模块：

(1) 键盘管理：监测键盘输入，接收温度预置，启动系统工作。

(2) 显示：显示设置温度及当前温度。

(3) 温度检测及温度值变换

(4) 温度控制：根据检测到的温度控制电炉工作。

(5) 报警：当预置温度或当前炉温越限时报警。

六、硬件设计及工作原理

1.系统功能及工作流程介绍

根据恒温箱控制器的功能要求，并结合对51系列单片机的资源分析，即单片机软件编程自由度大，可用编程实现各种控制算法和逻辑控制。所以采用AT89C52作为电路系统的控