基于恒温箱控制系统设计

基于单片机的恒温箱控制系统设计

电子信息工程

[摘要]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。本设计是基于AT89C51单片机的恒温箱控制系统，系统分为硬件和软件两部分，其中硬件包括：温度传感器、显示、控制和报警的设计；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。编写程序结合硬件进行调试，能够实现设置和调节初始温度值，进行数码管显示，当加热到设定值后立刻报警。另外，本系统通过软件实现对按键误差、加热过冲的调整，以提高系统的安全性、可靠性和稳定性。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，数码管作为显示输出，实现了对温度的实时测量与恒定控制。

[关键词]单片机；温度传感器；恒温；控制；报警

The Design of Refrigerator Door Shell Shaping Control System

Based on Siemens WINCC

Electronic Information Engineering WANG Feng Abstract:The system makes use of the single chip AT89C51 as the temperature controlling center, uses numeral thermometer DS18B20 which transmits as 1-wire way as the temperature sensor, through the pressed key, the numerical code demonstrated composite of the man-machine interactive connection ,to realize set and adjust the initial temperature value. After the system works, the digital tube will demonstrate the temperature value, when temperature arriving to the setting value, the buzzer will be work immediately. In addition, the system through the software adjusting to the pressed key error, and the excessively hutting. All of these are in order to enhance the system’s security, reliability and stability.

Keywords:DS18B20;MCU;Constant temperature control; 1-wire transmission

目录

1 引言 (1)

2 系统概述 (1)

2.1 简述 (1)

3 设计思路分析 (2)

4 方案论证 (2)

4.1 温度传感器 (2)

4.2 显示部分 (2)

4.3 输出控制 (3)

5 硬件设计及工作原理 (3)

5.1 系统功能及工作流程介绍 (3)

5.2 功能模块 (5)

5.3 系统硬件设计 (5)

5.3.1 DS18B20测温电路 (5)

5.3.2 DS18B20的特点介绍 (6)

5.3.3 单线（1-wire）技术 (6)

5.3.4 DS18B20的引脚及功能介绍 (7)

5.3.6 输出控制电路 (9)

5.3.7 温度越线报警电路 (10)

6 系统的应用软件设计 (10)

6.1 软件描述 (10)

6.1.1 键盘管理模块 (10)

6.1.2 显示模块 (11)

6.1.3 控制模块 (11)

6.1.4 温度报警模块 (12)

6.1.5 主程序和中断服务程序流程 (12)

7 系统调试与仿真 (14)

7.1 硬件调试 (14)

7.1.1 脱机检查 (14)

7.1.2 仿真调试 (14)

7.1.3 检查CPU的时钟电路 (14)

7.1.4 对扩展的RAM、ROM进行检查调试 (15)

7.2 软件调试 (15)

7.2.1 交叉汇编 (15)

7.2.2 用汇编语言 (15)

7.2.3 手工汇编 (15)

7.3 系统仿真 (15)

8 抗干扰技术 (18)

8.1 硬件抗干扰技术 (18)

8.2 软件抗干扰技术 (18)

9 系统制作与测试 (19)

结束语 (21)

参考文献 (22)

致谢 (23)

1 引言

温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用，其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。对于不同场所、不同工艺、所需温度高低范围不同、精度不同，则采用的测温元件、测温方法以及对温度的控制方法也将不同；产品工艺不同、控制温度的精度不同、时效不同，则对数据采集的精度和采用的控制算法也不同。因而，对温度的测控方法多种多样。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。利用微机对温度进行测控的技术，也便随之而生，并得到日益发展和完善，越来越显示出其优越性。然而现有的温度传感元件大多为模拟器件（热电耦）体积大、应用复杂、而且不容易实现数字化等缺点，阻碍了应用领域的扩展。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，数码管作为显示输出，实现了对温度的实时测量与恒定控制。

2 系统概述

2.1 简述

单片机已经在测控中获得了广泛的应用，它除了可以测量电信号以外，还可以用于温度、湿度等非电信号的测量，能独立工作的单片机温度检测、温度控制系统已经广泛应用到很多领域。

单片机的接口信号是数字电信号，要想用单片机获取温度这类非电信号的信息，毫无疑问，必须使用温度传感器。温度传感器的作用是将温度信息转换为电流或电压输出，如果转换后的电流或电压输出是模拟信号，那么还必须进行A/D转换，以满足单片机接口的需要。

传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器，但热敏电阻的可靠性差、测量温度准确率低，而且必须经过专门的接口电路转换成数字信号后才能由单片机进行处理。随着微电子技术的发展，单片微处理器功能日益增强，价格低廉，在各方面得到广泛应用。在温度控制器中应用单片机，具有设计简单、可靠性高、控制精度高，功能易扩展，有较强的通用性等优点。温度控制器主要实现对恒温箱温度的控制，并满足不同用户的个性需求。因此一个较完善的控制器应具有以下功能：温度的测量与显示；用户设定功能(如温度设定，定时设定等)；对电加热管的控制功能；一些功能键(如定时自动加热，恒温控制，手动加热等)；安全措施(漏电检测，安全失效保护，限温保护等)。本文将采用一种数字温度传感器来实现基于51单片机的恒温箱控制系统设计。

整个控制系统分为硬件电路设计和软件程序设计两部分。