恒温箱设计报告

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计算机控制系统设计报告

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设计名称：恒温箱温度计算机控制系统设计

姓名：陈卫东

学号: 】

班级：自动化0903班

学院：信息工程学院

任课教师：聂诗良

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基于单片机的恒温箱控制系统设计

【摘要】本课程设计是基于AT89C52单片机的恒温箱控制系统，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AT89C52作为主控芯片，1602液晶显示器作为显示输出，独立按键作为键盘设置输入，并用声光报警实现对温度的实时测量与恒定控制。

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【关键词】单片机；温度传感器；恒温；声光报警。

一、本课题设计要求

（1）温度采集传感器采用热电阻或热电偶，或一体化数字温度传感器DS18B20。

（2）控制灯泡亮度或发热量，采用继电器开关控制或用可控硅平滑控制。

（3）采用单片机或PLC作为控制器。

（4）采用LED或LCD或PC机的液晶显示器作为显示器，同时显示给定温度和实际温度。

（5）采用自制按键或PC机的键盘作为温度给定值输入。

（6）恒温箱实际温度达到给定值时（误差要求±1℃）需声光提示，声音时延5秒后停止。

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（7）恒温箱最高温度≤50℃。

二、总体方案设计

系统整体框图如下图：

图1 系统结构框图

1）温度传感器

方案一：使用热敏电阻作为传感器，用热敏电阻与一个相应阻值电阻相串联分压，利用热敏电阻阻值随温度变化而变化的特性，采集这两个电阻变化的分压值，并进行A/D转换，此设计方案需要A/D转换电路，增加了硬件成本而且热敏电阻的感温特性曲线并不是严格性的，会产生较大的测量误差。

方案二：采用数字式温度传感器DS18B20，此类传感器为数字式传感器，而且仅需要一条数据线进行数据传输，易于与单片机连接，可以去除A/D模块，降低了硬件成本，简化系统电路。另外，数字式温度传感器还具有测量精度高，测量范围广等优点。

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综合以上两种方案，本设计采用第二种方案，利用数字温度计DS18B20作为温度传感器。

2）显示部分

方案一：温度的显示可以用数码管，但数码管只能显示简单的数字，它有电路复杂，占用资源较多，显示信息少等缺点。

方案二：1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。显示字母和数字比较方便，控制简单，成本较低。我们设计的系统需要显示更多的信息，所以考虑显示功能更好的液晶显示，要求能显示更多的数据，增强显示信息的可读性，看起来更方便。

综合以上两种方案，本设计采用方案二，用1602液晶显示器来显示数据。

3）输出控制

方案一：采用继电器，易于控制，且实行比较简单，但强电和弱电不能很好的隔离，抗干扰能力极差。

方案二：采用光电藕合器，控制信号与输出信号可以很好的隔离，增强了系统的安全性和抗干扰能力。

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综合以上两种方案，本设计采用光电藕合器控制负载工作。

三、硬件电路设计及工作原理

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作为电路系统的控制核心。恒温箱控制器的总体布局如图1所示。按键将设置好的温度值传给单片机，通过温度显示模块显示出来。初始温度设置好后，单片机开启输出控制模块，使电热器开始加热，同时将从数字温度传感器DS18B20测量到的温度值实时的显示出来，当加热到设定温度值时，单片机控制声光报警模块，发出声光报警，当超过设置温度关闭加热器。当自然冷却到设定温度以下时，单片机再次启动加热器，如此循环反复，以达到恒温控制的目的。系统结构框图如图1所示，系统基本硬件电路图如图2所示。

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图2 基本硬件电路图

2、系统硬件设计

（1） DS18B20测温电路

DS18B20数字温度计是Dallas 公司生产的1－Wire 器件，即单总线器件。与传统的热敏电阻有所不同，DS18B20可直接将被测温度转化成串行数字信号，以供单片机处理，具有连线简单、微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、精度高等特点。因此用它来组成一个测温系统，具有电路简单，在一根通信线上可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。目前已被众多行业进行广泛的运用（锅炉、温控表粮库、冷库、工业现场温度监控、仪器仪表温度监控、农业大棚温度监控等）。

通过编程，DS18B20可以实现9～12位的温度读数。信息经过单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出，因此从微处理器到DS18B20仅需连接一条信号线和地线。读、

写和执行温度变换所需的电源可以由数据线本身提供，而不需要外部

电源。

…

每片DS18B20在出厂时都设有唯一的产品序列号，因此多个DS18B20可以挂接于同一条单线总线上，这允许在许多不同的地方放置温度传感器，特别适合于构成多点温度测控系统

由于DS18B20采用的是1－Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89S51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。1－Wire总线支持一主多从式结构，硬件上需外接上拉电阻。当一方完成数据通信需要释放总线时，只需将总线置高点平即可；若需要获得总线进行通信时则要监视总线是否空闲，若空闲，则置低电平获得总线控制权。

图3 DS18B20测温电路

（2）输出控制电路

加热电路中采用MOC3023的目的是实现强电与弱电的隔离，其在电路中的工作原理是单片机根据传感器和设定开关输入的控制指令，控制电器的电源通断。BTA16是型小型塑封双向晶闸管，当电源控制电路的输出管脚送出的开关控制指令为高电平，MOC3023截止，BTA16截止，电器被关闭；当电源控制电路送出的开关控制指令为低电平，MOC3023导通，BTA16导通，电器被打开。R4是BTA16的保护电路。