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1、广东工业大学华立学院本科毕业设计（论文）恒温箱单片机控制系统设计论文题目恒温箱单片机控制系统设计系 部 机械电气学部 专 业 自动化 班 级 06自动化2班 学 号 学生姓名 指导教师 年 月摘 要 温度控制是工业控制中主要的被控参数之一，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。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得到了迅速的发展和广泛的应用。温度控制在工业生产中运用的非常广泛，其控制过程中存在着很大的时滞性和很强的干扰。恒温箱控制系统,其关键技术为保持箱内温度的恒定, 单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控
2、制的核心就是单片机。目前，一个学习与应用单片机的高潮在全社会大规模地兴起。学习单片机的最有效方法就是理论与实践并重，本文采用AT89C52单片机和DS18B20数字温度传感器测量恒温箱的温度,并和设定温度比较。根据比较的结果，采用PID算法控制PWM信号的输出，控制加热设备的动作,从而达到稳定地控制温度的目的。关键词:恒温箱 数字温度传感器 PWM信号单片机AbstractTemperature Control is one of main Charged with parameters at Industrial Control. Especially in metallurgy, chem
3、ical, building materials, food, machinery, petroleum and other industries has held the role of foot heavy-light. As the rapid development of electronic technology and micro-computer. Micro-computer measurement and control technology has been rapid development of and wide range of applications.Temper
4、ature control is used widely in industry production,with large lag and big disturb. About the thermostat control system, its key technology is to control a constant temperature inside, SCM has a small volume, strong function, low cost, wide application scope etc. It can be said，Intelligent control a
5、nd automatic control of the microcontroller core is SCM，These days，A culmination of study and application of SCM the rise of a large scale in the whole society. The most effective way to learn SCM is both theoretical and practical, this paper uses AT89C52 SCM and DS18B20 digital temperature sensor t
6、o measure the temperature of the incubator, then compared with the set temperature . According to the results of this comparison, the PID algorithm to control the output PWM signal ,then control the action heating equipment, so as to achieve stable temperature control purposes.Keywords：Incubator Dig
7、ital temperature sensor PWM signalSignal chip Microcomputer目 录1 前言12 设计的基础依据与研究意义23 系统综合设计43.1 本设计将实现的要求43.2 系统方案的选择与论证43.3 系统硬件结构图54 系统各单元硬件的设计64.1 单片机主控制模块的设计64.2 温度采集模块设计74.2.1数字温控芯片DS18B20介绍74.2.2 DS18B20引脚功能、接法74.2.3 DS18B20的特性指标74.2.4 DS18B20的数字温度对照表74.3 显示模块设计84.4 独立键盘设计模块84.5 加热电路94.5.1 系统加热
8、原理框图94.5.2 加热电路图94.6 报警电路模块设计105 PID控制算法与PWM信号115.1 PID控温原理115.2 PID算法115.3 PWM信号126系统软件设计（程序见附录3）156.1主程序流程框图156.2 子程序流程图157 指标调试197.1硬件调试197.2软件测试19小结20展望21参考文献22致谢23附录一：系统总原理图24附录二：元器件清单25附录三：系统程序清单261 前言现代工业，自动控制系统越来越朝着智能化的方向发展，其中温度的控制占有非常重要的地位。单片机系统的开发应用给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命，自动化、智能化均离不开单片机的应用。随着
9、传感器技术的显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。由于传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制，但是它们都不同程度地存在温漂和非线性等影响因素。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。恒温箱主要是用来控制温度,它为农业研究、生物技术测试提供所需要的各种环境模拟条件,因此可广泛适用于药物、纺织、食品加工等无菌试验、稳定性检查以及工业产品的原料性能、产品包装、产品寿命等测试。恒温箱供科研机关及医院作细菌培养之用;也可以
10、作育种、发酵以及大型养殖孵化等用途。恒温箱有着广泛的用途,其关键技术为控制温度的恒定,本文用51系列单片机和数字温度传感器DS18B20来实现恒温箱的温度测量控制功能。2设计的基础依据与研究意义单片微型计算机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的，由于它具有体积小、功能强、性价比高等特点，所以广泛应用于电子仪表、家用电器、节能装置、军事装置、机器人、工业控制等诸多领域，使产品小型化、智能化，既提高了产品的功能和质量，又降低了成本，简化了设计。本文主要介绍单片机在温度控制中的应用。 在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生
11、产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用MCS-51系列单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。无论你
12、生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。 本文所要研究的课题是恒温箱单片机控制系统的设计，介绍了对恒温箱温度的显示、控制及报警，实现了温度的实时显示及控制。箱温控制部分，提出了用DS18S20、AT89C51单片机及LED的硬件电路完成对箱温的实时检测及显示，利用DS18S20与单片机连接由软件与硬件电路配合来实现对加热电阻丝的实时控制及超出设定的上下限温度的报警系统。 恒温箱温度控制部分，采用一套PID闭环负反馈控制系
13、统，由DS18S20检测箱内温度，用中值滤波的方法取一个值存入程序存取器内部一个单元作为最后检测信号，并在LED中显示。控制器是用AT89C51单片机，用PID算法对检测信号和设定值的差值进行调节后输出PWN脉冲信号给执行机构，去调节电热丝的加热功率，从而控制箱内温度。 它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，特别适合于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理，而且每片DS18S20都有唯一的产品号并可存入其ROM中，以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂接任意多个DS18S20芯片。从DS18S20读出或写入，DS18S20信息仅需要一根口线，其
14、读写及温度变换功率来源于数据总线，该总线本身也可以向所挂接的DS18S20供电，而无需额外电源。DS18S20能提供九位温度读数，它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统。本设计应用性比较强，设计系统可以作为生物培养液温度监控系统，如果稍微改装可以做热水器温度调节系统、实验室温度监控系统等等。课题主要任务是完成环境温度检测，利用单片机实现对温度的自控调节。设计后的系统具有操作方便，控制灵活等优点。3 系统综合设计3.1本设计将实现的要求（1）利用单片机AT89C2051实现对温度的控制，实现保持恒温箱温度范围：常温110。（2）可预置恒温箱温度，温度控制误差小于1。（3）预置时显示设定温度
15、，恒温时显示实时温度，采用PID控制算法显示精确到0.1。（4）温度超出预置温度5时发出声音报警。（5）人机对话部分由键盘、显示和报警三部分组成，实现对温度的显示、报警。3.2 系统方案的选择与论证方案一： 按键控制设定恒温箱温度，热电偶对温度进行采样，采样温度经AD转换与设定温度进行对比，当采样温度小于设定温度时启动加热电路，温差的数字量经DA转换控制加热电路以不同功率进行加热，当采样温度大于设定温度时，关闭加热电路。用LED数码管显示采样温度与设定温度。方案二：通过按键设定温度，按键功能分别实现温度加一和温度减一，再设按键3 用于切换数码管显示采样温度T与设定的温度S。用数字传感器DS18B20对温度进行采样，由单片机对比采样温度与设定温度进行比较：当S-T10时，驱动加热设备
