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1、1一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 420mA。加热器为交流 220V，1000W 电炉。二课程设计应完成的工作1）硬件
2、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序号 课程设计各
3、阶段名称 日期、周次1 总体设计，硬件设计 2012 年 12 月 24 日25 日， 17 周22 绘制软件程序流程图，编写软件 2012 年 12 月 26 日28 日， 17 周3 软、硬件仿真调试 2012 年 12 月 27 日，18 周4 软、硬件仿真调试 2013 年 1 月 2 日3 日， 18 周5 撰写设计说明书 2013 年 1 月 4 日，18 周四、 设计资料及参考文献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，19992 现代测控技术与系统 韩九强 清华大学出版社 2007.93 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
4、仪器设计浦昭邦，王宝光主编 机械工业出版社 20015Keil 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 P
5、roteus 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）34、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。目 录一、摘 要6二、主要任务与目标 7三、主要内容与基本要求7四、恒温箱控制系统的硬件设计71.系统设计72.方案设计8五、恒温箱控制系统框图 8六、功能模块8七、硬件设计及工作原理91.系统功能及工作流程介绍 92
6、.微处理器 AT89C5293.温度传感器104.显示部分115.键盘输入电路136.输出控制137.温度越线报警电路148.恒温箱控制器硬件系统图159.PID 控制算法16八、系统的软件设计 181.温度传感器 DS18B20 模块软件设计 182.键盘管理模块 203.显示模块 214.控制模块 215.温度报警模块 216.PID 控制程序设计 2347.主程序模块 24九、硬件调试25十、仿真调试 25十一、设计总结25参考文献26附录 1 元件清单27 附录 2 程序清单 27绪论随着社会发展的需求，人们对恒温箱的应用和需求越来越广泛，在工业生产和日常生活或科学实验中，我们随处都可
7、以看到恒温箱的应用。如，可以根据动物生活习性的需要控制饲养棚合适的温度来进行孵卵或动物培养；在农业上，可用于种子的发芽；在科学实验上，可产生恒温环境用于各种细菌培养等；在医学上，可用于做细菌培养、放射免疫分析、血清溶化、石腊熔化、试管消毒等。常用的恒温箱主要分为三类：高温恒温箱(高于60)；中温恒温箱(-1060)；低温恒温箱(低于-1O)。恒温箱的温度控制系统可分为人工调节和自动调节两种方式，人工调节是通过温度计进行测量后手动调节变压器，从而控制产生热量的大小；而自动调节往往通过热电偶传感器进行测温，输出电压值，经放大后加到电机上驱动电机来调节变压器，其优点是可以连续、实时、准确的来控制温度
8、。基于单片机技术的温控器和可编程温度传感器相结合使用是目前恒温箱温度控制较为先进的一种方式。单片机是一种集 CPU、RAM、ROM、I/O 接口和中断系统等部分于一体的器件，只需要外加电源和晶振就可实现对数字信息的处理和控制。因此，单片机广泛用于现代工业控制中。控制具有体积小、重量轻、价格低、可靠性高、耗电少和灵活机动等许多优点，因此如果能利用单片机进行温度的测量和控制，将会大大提高温度测量和控制的可靠性和灵活性。单片机对温度测量控制过程是借助于传感器、A/D 转换器以及扩展接口和执行机构来进行的。在闭环型过程控制中，过程的实时参数由传感器和 A/D 转换器来实时采集，并由单片机自动记录、处理
9、并控制执行机构动作来进行调节和控制。因此需要对单片机进行扩展和开发，来形成整个单片机温度控制系统。5一、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
10、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
11、温箱控制系统的硬件设计61.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 420mA。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
12、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7(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
13、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。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，同时关闭加热器。当自然冷却到设定温度 50 摄氏度以下时，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所示，在本系统中，DP1DP3 用于七段数码显示；P1.0 用于接收DS18B20 采集到的数字温度信号；P1.6 控制光电开关，决定电加热器是否工作；KEY1KEY3 即 P1.1，P1.2，P1.3 用于按键控制；P1.7 和 P1.5 用于控制扬声器和发光二极管，进行声光报警；串行口用于输出显示段码；P2.0、P2.1 用于对数码管进行动态扫描。2.微处理器 AT89C52AT89C52 单片机是最新的一种低功耗、高性能内含 SK 字节闪电存储器的 8 位 CMOS 微控制器，与工业标准 MCS51 指令系列和引脚完全兼容有超强的加密功能，其片内闪电存储器的编程与擦除完全用电实现，数据不易挥发，编程/擦除速度快，它的主要特点有：(1)内部程序存储器为电
