温度自动控制系统

第一章
作品预期设想
题目选取完毕之后，小组队员通过讨论对作品做出初步设计及部分人性化扩展，发挥想象丰富了 作品的观赏性和趣味性。具体外观设计是：设计一个（21 cm×12 cm×15 cm）封闭的小盒子，内部将 题目要求的封闭系统包括在内，剩余空间用于电路板的安置。小盒子的电源都由接口链接，这样使得 盒子更加简洁美观，有机玻璃面左侧半面设计了用户的交互界面。盒子左侧面是可以活动的，能够看 到盒子内部结构。设计框图如下图所示。
2.1 系统方案选取..........................................................................................................................................4 2.2 选取方案理论分析..................................................................................................................................4
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温度自动控制系统作品设计报告
李雷
项焱华
杨晓文制作
2013“星凯杯” 荆楚理工学院电子设计大赛
（4）其他。 3.说明 （1）木盒的材料采用厚度小于 10mm 的木板。 （2）采用陶瓷平板型半导体致冷器件实现制冷或加热，如果单片功率不够允许多片串联。 （3）盒内温度检测采用具有温度测量功能的数字万用表（测评时自带） 。 （4）当温度达到稳定状态的提示信号出现后立即检测调控的温度值，每次检测时间延续 60s，以 记录温度波动的最大值。 （5）设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。 完 整的电路原理图、重要的源程序用附件给出。 本报告将按以此为要求作出汇报，围绕这道题目进行阐述分析。
前言
随着科技的不断进步，在工业生产中温度是常用的被控参数，而采用单片机来对这些被控参数进 行控制已成为当今的主流。本作品就是有关温度自动控制系统的设计模型，能够充分体现设计理念和 人性化发展方向。 本作品是荆楚理工学院 2013 年“星凯杯”电子设计大赛 D 组题目，原文如下： 设计并制作一个温度自动控制系统，控制一封闭木盒内的温度（其内空间为 100mm×100mm×100mm） 。在木盒左侧面的中间开一个安装半导体致冷器件的窗口（尺寸与致冷器件一 致） ，致冷器件的外侧面涂敷导热硅脂并加散热片, 致冷器件的内侧面也允许加散热片,但厚度不能超 过 20mm；在木盒顶部的中间钻两个小孔，其中一个用于插入温度自动控制单元的温度传感器，另一个 用于盒内温度的检测；在木盒右侧面采用透明有机玻璃，以便观察。其系统的示意图如图所示。
第六章 制作的总结心得.......................................................................................................... 20
温度自动控制系统作品设计报告
李雷
项Baidu Nhomakorabea华
杨晓文制作
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2013“星凯杯” 荆楚理工学院电子设计大赛
温度检测孔 致冷器件
60mm
40mm
有机玻璃面
温度自动 控制单元 100mm
温度传感器 散热片
100mm
1.基本要求 （1）温度可调节范围为 5℃～35℃，最小设定分度为 1℃。 （2）具有温度显示功能，分辨率为 0.1℃。 （3）当温度达到某一设定值并稳定后，盒内温度的波动控制在±2℃以内。要求温度调控达到稳 定状态时，必须给出声或光提示信号。 （4）当设定的调节温差为 15℃时, 要求达到稳定状态的调节时间小于等于 3 分钟，稳定状态下 的温度波动在±2℃以内。 2. 发挥部分 （1）当温度达到某一设定值并稳定后，盒内温度的波动控制在±1℃以内。 （ 2） 当设定的调节温差为 15℃时, 尽量减少达到稳定状态的调节时间， 并要求超调量不超过 3℃， 稳定状态下的温度波动在±1℃以内。 （3）能记录并实时显示温度调节过程的曲线, 显示的误差绝对值小于 2℃。
第二章 2.1 系统方案选取
系统方案的选择
方案的选择主要是封闭空间的制冷方式的选择， 制冷方式本小组对一下三种方式进行了一一测试， 效果最佳为方案（3） 。 （1）散热片直接散热 这种方法是直接在制冷片粘贴散热片将吸出的热量散失于空气， 通过测试分析， 由于散热片的面 积不足够的大，使得吸出的热不能够快速的散失掉，这样反而让热量又传入到封闭系统内部去，从而 出现了在制冷的过程中，系统空间温度不降反升的怪象。 （2）风扇制冷 风扇制冷这种方法就是在（1）的基础上，外加一个散热扇。通过这种设计目的是让散热片吸出 的热量能够加速散失，经实验证明这种方法可行。但是制冷的物质毕竟是二十几度的空气，就算有物 理节流效应散热片接触的外部空气温度也不会达到十度以下，所以这种方法也不能够实现封闭空间温 度降至 5°C 的要求。 （3）冰水混合物制冷 冰水混合物制冷就是颠覆前面两种方法的结构思路。直接将制冷片与 0°C 的物质接触，这样封 闭空间温度降至 0°C 也没有问题。通过实验也确实是这样的。但是还有一种方案由于条件的限制不 能够实现，这种方法能够提高散热的速率，从而实现+/-15°C 在 3min 内调节的要求，那就是将与制 冷片接触的冰水混合物部分贴一块散热片，散热片面积愈大散热的速度愈快（在制冷片能量提供充足 的情况下） 。 通过以上叙述和实验的验证，本小组选择了方案（3） 。
2013“星凯杯” 荆楚理工学院电子设计大赛
2013 “星凯杯”电子设计大赛作品报告
温度自动控制系统
制作者：李雷
项焱华
杨晓文
2013“星凯杯” 荆楚理工学院电子设计大赛
目录
前言.............................................................................................................................................. 2 第一章 作品预期设想.............................................................................................................. 3 第二章 系统方案的选择.......................................................................................................... 4
作品成型预期运行设想：首先接通“制冷片供电电源接口” 、 “外部电源 USB 供电接口” 、 “上位机 串口通信接口” ，打开“制冷片外部电源开关” ，由用户通过“选择电源开关”选择微处理器供电电源， 然后系统将启动进入初始化程序，用户将听到播放的启动声音，数码管显示实时的封闭系统内部温度 值。当启动声音结束之后，用户可以通过按“设置模式”按键进入温度调节界面，通过上下键的选择， 选择自己要设置的温度，之后退出，系统将自动调节温度达到用户设置的温度值。当系统达到设置值 温度自动控制系统作品设计报告 李雷 项焱华 杨晓文制作
第五章
创新点与不足处........................................................................................................ 20
5.1 创新点.................................................................................................................................................... 20 5.2 不足处.................................................................................................................................................... 20
第四章
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6
软件设计.................................................................................................................... 10
系统的总体功能....................................................................................................................................10 串口模块................................................................................................................................................ 11 按键模块..............................................................................................................................................13 数码管显示程序..................................................................................................................................15 温度程序..............................................................................................................................................16 语音模块................................................................................................................................................17
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2013“星凯杯” 荆楚理工学院电子设计大赛
时，喇叭将启动回馈声音。当用户按下“播放”按键时，系统将自动读出当前温度值。用户也可以通 过上位机通过 “上位机串口通信接口” 设置系统内部温度值 （这一功能为用户提供一种异地控制方式） 。 当发送指令“1”时，系统将返回“请您输入 5~35°C 的温度值： ” ，然后用户输入 5—35°C 的任意值， 这样就可以实现异地的系统温度控制。当发送指令“2”时，系统将播放此时封闭空间内部的温度值。 当发送指令“3”时，系统将返回封闭空间内部的温度值“当前温度：xx°C” 。
第三章
硬件构成...................................................................................................................... 6
3.1 制冷片控制电路......................................................................................................................................6 3.3 MSP430 主芯片电路................................................................................................................................7 3.4 温度传感器、数码管及按键电路..........................................................................................................8 3.5 语音芯片电路..........................................................................................................................................9