恒温箱的控制系统 设计报告

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1、基于AT89C51单片机的温度控制系统设计说明书题目：温度控制系统的设计姓名：学号：组别：第三组专业班级：机自124班目录摘要1第1章绪论21.1温度控制系统21.1.1温度控制系统的发展现状21.1.2温度控制系统的原理与实现31.2单片机技术31.2.1单片机的定义和作用31.2.2嵌入式系统技术41.3课题的目的及意义5第2章系统方案设计62.1 总体方案设计62.2关键部分设计7第3章系统硬件的选择83.1单片机的功能特性和引腿信号83.2 时钟电路93.3 复位电路103.4 显示电路113.5力口热和降温控制电路123.6 键盘电路143.7 温度传感器153.8系统硬件设计原理图

2、16第4章各模块软件程序设计174.1 片内RAM初始化子程序174.2 片外RAM初始化子程序174.3片外RAM初始化子程序（双字节个单元）174.4 键盘及显示程序：184.5温度检测部分单片机程序214.6模数转换测量子程序25第5章参考文献28摘要温度是生活及生产中最基本的物理量，在家庭、医院等环境下 都需要恒温储存物品、药品等，在农牧业也需要在一定的温度控制 下饲养或培养生物或细胞等。本文的恒温箱控制系统就是为满足上 述需求而设计的。目前智能温度控制系统广泛应用于社会生活、工 业生产的各个领域，适用于家电、汽车、材料、电力电子等行业， 成为发展国民经济的重要热工设备之一。在现代化的

3、建设中，能源 的需求非常大，然而我国的能源利用率极低。所以实现温度控制的 智能化，有着极为重要的实际意义。温度控制系统是利用下位机设置温度上下限和实时温度的采 集，传输到上位机以达到对温度的比较、控制。本设计用AT89C51 单片机为主要硬件，并设计了相应的复位电路，振荡器和时钟电路 等电路。为实现设计目的，此设计还设计了包括温度采集，温度显 示，系统控制等外围电路。而且对所设计电路给出了相应的软件设 计，包括定时器初始化，串行口初始化和数据传输等程序。以简单 说明了温度控制系统的工作原理。关键词：AT89C51单片机 温度采集 定时器设置 温度控制第1章绪论1.1温度控制系统1.1.1温度控

4、制系统的发展现状现今，温度的测量和控制在工业生产中已经获得了广泛的应 用，并且在工农业生产、国防、科研以及日常生活等领域占有重要 的地位。温度控制系统是人类供热、取暖的主要设备的驱动来源， 它的出现迄今已有两百余年的历史。期间，从低级到高级，从简单 到复杂，随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高，温 度控制系统的控制技术得到迅速发展。温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从 生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、 德国等先进国家相比有着较大差距。目前，我国在这方面总体技术 水平处于20世纪80年代中后期水平，成熟产品主要以“点位”控 制及常规的PID控

5、制器为主。它只能适应一般温度系统控制，难于 控制滞后、复杂、时变温度系统控制。而适应于较高控制场合的智 能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并在 仪表控制参数的自整定方面。国外已有较多的成熟产品。但由于国 外技术保密及我国开发工作的滞后，还没有开发出性能可靠的自整 定软件。控制参数大多靠人工经验及现场调试确定。国外温度控制系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整 定等方面取得成果。日本、美国、德国、瑞典等技术领先，都生产 出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表.并在各行 业广泛应用。它们主要具有如下的特点：一是适应于大惯性、大滞 后等复杂温度控制系统的控制；二是能

6、够适应于受控系统数学模型 难以建立的温度控制系统的控制；三是能够适应于受控系统过程复 杂、参数时变的温度控制系统的控制；四是温度控制系统普遍采用 自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理论及计算机技 术，运用先进的算法，适应的范围广泛；五是温控器普遍具有参数 自整定功能。借助计算机软件技术，温控器具有对控制对象控制参 数及特性进行自动整定的功能。有的还具有自学习功能，能够根据 历史经验及控制对象的变化情况，自动调整相关控制参数，以保证 控制效果的最优化；六是具有控制精度高、抗干扰力强、鲁棒性好 的特点。目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型 化等方面快速发展。1.1.2温

7、度控制系统的原理与实现从控制系统的角度思考，可以这样理解温度控制系统的原理： 系统运行时，首先从键盘输入各阶段时间、温度、湿度设定值，相 邻放入一连续地址表列中，分、时、温度值和湿度值各占一字节， 表尾字节设置一结束标志。系统通过一地址指针来查找定时时间和 与之对应的温、湿度设定值，初始状态下，指针指向表列首址，对 应于第一阶段。系统进入运行后，采样温、湿度值，并与当前阶段 的温、湿度设定值比较后得到相应控制量，控制量作用于输出执行 模块，从而实现温、湿度的调控。系统运行过程中，地址指针渐次 向后移动，一旦检测到结束标志，指针又回到初始状态，开始新的 循环周期。温度升温采用电加热器，降温采用冷

8、机；湿度加湿采用超生波 电加湿器，去湿采用排湿风扇。1.2单片机技术1.2.1单片机的定义和作用单片机是一种集成电路芯片，通过使用电路技术将CPU、RAM、 ROM和定时器以及驱动电路、模拟多路转化器等集成在硅片上的一 个完整的微型计算机系统。单片机目前被广泛应用于生产和生活。 由于单片机在温度检测、信息存储与实时控制方面有着极强的作 用，同时利用单片机能够确保整个过程的科学性和准确性。单片机可以通过按键编程自行设定运转系统参数，从而确保了 整个过程的科学性。单片机体积小，制造成本低廉，同时只要需要 操作控制系统，都能形成有效产品在应用中，单片机控制功能强， 同时能够接收和发布处理指令。从而实

9、现多机控制和分布式控制。 因为单片机有着极强的抗干扰能力，且可靠性高，所以在生产生活 中，经常使用单片机制作操作系统。在温室使用过程中，温度和湿 度是两个最重要的生产因素，温度和湿度的检测需要较多数量的检 测仪器，而整个仪器基本分布于各个地方，在数据搜集和整理上单 片机的使用也恰好满足需要。依据单片机设计的温度湿度控制系统 可以有效收集数据、及时科学的进行分析，且成本低廉，系统整体 性价比较高。1.2.2嵌入式系统技术嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可 剪裁，对功能、可靠性、成本、体积、功耗要求非常严格的专用计 算机系统。嵌入式系统广泛应用于国民经济和国防各个领域，制造 工

10、业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、 军事装备、消费类产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。嵌入 式系统是将先进的计算机技术、半导体技术、电子技术和各个行业 的具体应用相结合后的产物，这一点就决定了它必然是一个技术密 集、资金密集、高度分散、不断创新的新的知识集成系统。嵌入式 系统产业是二十一世纪信息产业新的经济增长点。嵌入式系统是将计算机硬件和软件结合起来，构成一个专门的 计算装置，完成特定的功能或任务。它是一个大系统或大的电子设 备的一部分，工作在一个与外部进行交换并受到时间约束的环境中，在没有人工干预的情况下进行实时控制。其中，软件实现有关 功能并使其系统具有适应性和

11、灵活性；硬件用于满足性能和安全的 需要。1.3课题的目的及意义在温室的发展过程中，整个温室温度和湿度的合理控制能够有 效提高温室作物的产量和质量，提高资源的利用效率和质量。长期 以来，我国国产温室中关于温度的控制系统科技含量较低，管理混 乱，因此，在引入单片机设计下的温度控制系统能够转化形成智能 型控制系统，通过智能系统和程序来管理温室的温度。本文拟从单片机的作用入手，设计一个温度控制系统，提供在 一定空间保持一定温度的装置，可以用于禽类孵化器、食用菌制种 等过程。第2章系统方案设计经过对目前各类生产过程中的温控系统的资料搜集结果来看， 市面上有着多类的单片机温控系统方案，但这些方案在成本以及

12、运 行的稳定性方面均不如人意。本次设计的恒温箱控制系统，欲实现 其温度可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时，可 自动加热，并由风扇进行强制循环以保持箱内温度均匀；温度过高 时，由扬声器进行超温报警。2.1总体方案设计恒温箱主要由壳体、保温层、温度控制部分和冷（热）源等4部 分构成，其中控制部分是恒温箱的核心。控制系统由中央控制单 元、温度检测模块、键盘显示模块、制冷模块、制热模块以及供电 模块组成，整体结构如图2.1所示。温度探头的测量端处于恒温箱内部的空气中，实时监测箱内的 温度。通过控制面板上的键盘，可以设置恒温箱的恒温范围（即设置 允许的温度上限和下限），当温度传感器探头检测

13、到温度低于下限温 度时，开启加热以使箱内温度回升；当探头检测到温度高于上限温 度时，开启制冷设备以使箱内温度下降。图片2.1控制系统结构图2.2关键部分设计本次我们的设计我们选用Atmel公司生产的AT89C51单片机， 再配上一片2764存储芯片作外部程序存储器，1片74LS373作地址 锁存器，1片INTELSI55作RAM和I/O扩展器，组成单片机基本系 统。这些器件在电平、速度等方面完全相容，且具有硬件结构简 单，调试方便的优点。AT89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令引脚 完全兼容。片上Flas

14、h允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规 编程器。在单芯片上拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash， 使得AT89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解 决方案。其余具体的功能扩展模块见下文介绍。第3章系统硬件的选择3.1单片机的功能特性和引腿信号本次我们的设计我们选用Atmel公司生产的AT89C51单片机， 其引脚排列如图3.1所示。其具有以下主要功能特性:与MCS-51 兼容 4K字节可编程FLASH存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 全静态工作：0Hz-24MHz 三级程序存储器锁定 128X8位内部RAM 32可编程I/O线 两个16位定时器/

15、计数器 5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路P1.。Pl. 1P. 2?J. 3 Pl. 4PL 5PI.6PI.7RST(RXD)Pj. 0(TXDJP3. IUnTHp 土 3(TO)Px 4(T1JPI 5 网P% b 网 P* ?|KTAL2XT AU 凹体照EffiATB9C51VCC叩.0/ (ADQ)Pfk 1/PlkUtADMPU. 3/ 妙)PD. J/PQ. 5/gP%雄PQ. ?/ (.W7)EA/VPPALE/PKOt mNPL 7/(们 5,PL6/E4)P2.5/GH3)FL4U】？PL 33】)PL 21*汁)P2. 1/(A9)P2. Q/(A8)图片3.1 AT89C51的引脚排列AT89C51提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128 字节内部RAM, 32个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向 量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电 路。AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的 节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/