恒温箱的设计
师恭鹏
（江西理工大学电气工程与自动化学院，江西，赣州，341000）
摘要：恒温箱将基于PLC设计完成。设计过程中将应用温度传感器、数码显示管、加热装置、冷却水泵、冷却器、储水箱、温度显示、阀门及状态指示部件。恒温系统要求控制恒温箱水温在20～80℃之间的某个设定数值。两个数码显示管分别用于显示设定温度及显示测试温度。当水温低于设定值时，采用电加热升温。当水温高于设定值时，放出部分热水，启动冷却水泵使水流经冷却器向恒温箱供水降温。本系统以PLC控制器为核心，设计控制系统的硬件电路和软件程序，完成要求的控制任务。
关键词：恒温箱；PLC；传感器
The design of the incubator
SHI Gong-peng （SchoolofElectrialEngineeringandAutomation,JiangxiUniversityofScienceandTechnology,Ganzhou341000,China）
ABSTRACT：The incubator will be based on the PLC design. The design process will be the temperature sensor, digital display tubes, heating device, cooling motor, coolers, storage tanks, temperature display, valves and status indication components. The thermostat system requirements for the control incubator water temperature between 20 - 80 ° C set the value. Two digital display tubes were used to display the set temperature and display the test temperature. When the water temperature below the set value, the electric heating to heat up. When the water temperature is higher than the set value, to release some hot water, and start cooling the motor so that flow through the cooler to cool to the water supply to the incubators. This system as the core of the PLC controller, the design of control systems hardware and software program to complete the requirements of control tasks.
Keywords: Incubator; PLC; Sensor
0 引言
恒温箱的使用大部分是在实验室、工业、医药中。
在实验室中，特别是生物实验室，我们为了得到更加准确的实验数据，对于恒温实验环境要求严格。所以针对实验室来说，恒温箱的作用显得相当重要，对于我们实验室的研究过程以及研究结果将产生很大的影响。同时更加准确的研究结果对于我们由此产生的试验成果的实际运用产生积极的作用。对于我们的生物、农业、渔业的发展产生巨大的推进作用。
在工业生产中，恒温箱的应用是广泛的，直接产生产品的。所以我们更注重恒温环境的保持，恒温环境的稳定保持对于我们工厂车间的产品以及由此相关的工业生产都是基于恒温环境的后续发展。所以恒温箱的作用在工业中更是处于举足轻重的地位。同时在工业生产过程中我们对于恒温箱的要求也相对更加严格，比如质量的可靠性、恒温箱的维护管理费用、恒温箱的本身价位等，这些对于工业上的批量生产产品的企业都是相当重要的。
在医药方面，医用恒温箱主要用于药品，试剂的储存，运输；疫苗，血液的冷藏保温，
透析液的加温，生理盐水的加温等。由以上我们可以明显的看出恒温箱的重要作用。对于医药方面，恒温箱永远处于相当重要的地位。在关系民生的医药行业，药品、试剂、疫苗、血液等是最终要用于民的。所以在关系患者生命健康的这类药品的储存显得尤为重要。所以，恒温箱在实验研究、工业生产、民生工程方面都发挥着重要的作用。恒温箱对于我们国家的科技水平更加高新、国民经济的更加繁荣、民生健康等方面时刻显现着其重要性。
1 总体设计
本次设计恒温箱将基于PLC设计完成。恒温系统要求通过冷热水的各自流通来控制恒温箱内的温度在20～80℃之间的某个设定数值。两个数码显示管分别用于显示设定温度及显示测试温度。当水温低于设定值时，报警并采用电加热升温。当水温高于设定值时，报警并启动冷却水泵使水流经冷却器向恒温箱供水降温。
由此系统总体设计由控制部分，电源部分，按键部分，温度测量部分，显示部分，加热装置，状态指示灯部分，水泵部分，报警部分组成。基本组成框图如图1所示。
图1 系统模块框图
根据以上系统模块框图，我们要实现以下功能：
第一、开通电源，状态指示灯1亮。
第二、通过按键键入设定温度，数码显示管1显示设定温度。
第三、数码显示管2显示恒温箱内的实时温度。
第四、当数码显示管2上显示的温度低于键盘显示板1上的设定温度时，蜂鸣器报警。加热装置加热。水泵2开始运行，状态指示灯3亮，水泵2抽取储水箱2中的热水注入恒温箱的第二组金属管，同时储水箱3中的第二组金属管端口有水流出。
第五、当数码显示管2所显示的温度等于数码显示管1的设定温度时，蜂鸣器停止报警，加热装置停止工作，水泵2停止工作，状态指示灯3熄灭。
第六、当数码显示管2上显示的温度高于数码显示管1上的设定温度时，蜂鸣器报警，水泵1开始运行，状态指示灯2亮。水泵1抽取储水箱1中的冷水注入恒温箱的第一组金属管，同时储水箱3中的第一组金属管端口有水流出。
第七、当数码显示管2所显示的温度等于数码显示管1的设定温度时，蜂鸣器停止报警，水泵1停止工作，状态指示灯2熄灭。
1.1 模块选择
（1）利用PLC作为控制器模块。
PLC拥有对于开关量的逻辑控制、模拟量的控制、运动的控制、过程的控制等各种控制功能，并且PLC拥有数据处理、通信及联网的优点。并且PLC可靠性高，易操作，灵活性高，而且PLC对于环境的要求相对较低。
（2）在电源模块的选择采用市电。
市电来源方便，且经稳压管稳压也较可靠，较经济实惠，所以选择AC220V。
（3）在控制加热器模块上采用可控硅。
在性能上,可控硅不仅具有单向导电性,而且还具有比硅整流元件更为可贵的可控性。它只有导通和关断两种状态. 可控硅能以毫安级电流控制大功率的机电设备,如果超过此频率,因元件开关损耗显着增加,允许通过的平均电流相降低,此时,标称电流应降级使用。可控硅的优点很多,例如：以小功率控制大功率,功率放大倍数高达几十万倍；反应极快,在微秒级内开通、关断；无触点运行,无火花、无噪音；效率高，成本低等。
（4）在温度采集模块上选择热电阻传感器。
热电阻材料特性:导体的电阻值随温度变化而改变，通过测量其阻值推算出被测物体的温度，利用此原理构成的传感器就是电阻温度传感器，这种传感器主要用于-200—500℃温度范围内的温度测量。纯金属是热电阻的主要制造材料，热电阻的材料应具有以下特性：
①电阻温度系数要大而且稳定，电阻值与温度之间应具有良好的线性关系。
②电阻率高，热容量小，反应速度快。
③材料的复现性和工艺性好，价格低。热敏电阻温度特性
④在测温范围内化学物理特性稳定。
（5）在显示模块上选择LED数码显示管
LED数码管显示器动态显示方式下，将所有位的段选线并联在起，由位选线控制哪位接收字段码，采用动态扫描显示。数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化，对外界环境要求较低。同时数码管采用BCD编码显示数字，编程容易，资源占用较少。
（6）水泵模块
因为本次所设计的恒温箱体积较小，故此，在选用水泵方面，我们要考虑水泵的功率与体积要适合我们设计。由以上的分析，我们选择微型小水泵。
（7）报警模块
按照设计需求，当恒温箱内的温度超过或者低于设定温度就要报警，报警设施使用蜂鸣器来实现。蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。之所以选用蜂鸣器，是因为声音报警的方式比较直观地提醒用户水温已达到设定的温度，蜂鸣器价格低廉，硬件电路设计简单，并且只需要简单的编程就可以实现其报警功能。
2 硬件部分设计
以金属箱体为主体，若干金属管分两组密集分布于箱体内部五个面上（箱体内部左右表面、上下内部表面、后部内布表面）第一组金属管两个接口引出箱体外部，一个端口接上水泵1，然后接入储水箱1，另外一个端口接口放入储水箱3。第二组金属管两个端口同样引出箱体外围，一个端口接上水泵2，然后接入储水箱2，另外一个端口放入储水箱3。温度传感器放入箱体内部并接线至PLC仪器。数码显示管1固定于主体上，并接线至PLC仪器。数码显示管2固定于主体上，并接线至PLC仪器。加热装置置于储水箱2中，并通过开关接线至PLC仪器。水泵1与指示灯2并联，然后与PLC仪器连接。水泵2与指示灯3并联，然后与PLC仪器连接。蜂鸣器与PLC直接相联。指示灯1固定于主体上并接线至PLC仪器。
图2 系统组态图
2.1各个硬件、各个部分的作用
第一组金属管用于降低箱体的温度。其与水泵连接是为了送入冷水来降低恒温箱内的温度。
第二组金属管用于提高箱体的温度。其与水泵连接是为了送入热水来提高恒温箱内的温度。
温度传感器与PLC仪器连接用于时刻检测恒温箱内的温度并传达数据给PLC仪器。
数码显示管1固定于主体上，主要是方便显示设定恒温箱的温度。
键盘显示板2固定于主体上，主要是显示箱体的实时温度。
加热装置置于储水箱2中，并接线至PLC仪器可以在恒温箱内的温度低于设定温度时通过PLC仪器的控制加热储水箱2中的水，并通过水泵2将热水送入第二组金属管中，以此提高恒温箱内的温度。
蜂鸣器用于显示实时温度是否处于设定温度。
状态指示灯1用于显示恒温箱是否处于工作状态。
状态指示灯2用于显示是否处于降温阶段。
状态指示灯3用于显示恒温箱是否处于升温阶段。
3 系统软件流程图
3.1 软件流程图
根据以上恒温箱的控制要求以及再设计过程中对于各个模块的分析与定义，系统软件设计流程图如图3所示。
图3 系统软件流程图
3.2 主要控制梯形图
第一、开通电源，状态指示灯1亮。
第二、通过按键键入设定温度，数码显示管1显示设定温度。
第三、数码显示管2显示恒温箱内的实时温度。由PLC采集电压数据VD并存入VW38，根据图4公式1以及公式2
图4 PLC 采样电路图
RT=(24-V
D )/(V
D
/10)式（1）
T=(RT-100)/0.38式（2）得出实时温度。
第四、当数码显示管2上显示的温度低于键盘显示板1上的设定温度时，蜂鸣器报警。加热装置加热。水泵2开始运行，状态指示灯3亮，水泵2抽取储水箱2中的热水注入恒温箱的第二组金属管，同时储水箱3中的第二组金属管端口有水流出。
第六、当数码显示管2上显示的温度高于数码显示管1上的设定温度时，蜂鸣器报警，水泵1开始运行，状态指示灯2亮。水泵1抽取储水箱1中的冷水注入恒温箱的第一组金属管，同时储水箱3中的第一组金属管端口有水流出。
第五、当数码显示管2所显示的温度等于数码显示管1的设定温度时，蜂鸣器停止报警，加热装置停止工作，水泵2停止工作，状态指示灯3熄灭。
第七、当数码显示管2所显示的温度等于数码显示管1的设定温度时，蜂鸣器停止报警，水泵1停止工作，状态指示灯2熄灭。
4 结论
系统利用PLC实现了对温度数据的采集、存储、分析、显示、控制等功能的实现。系统运行稳定，并达到预先设定各项指标要求。
参考文献
[1] 吉顺平，孙承志，路明，等．西门子PLC与工业网络技术[M]．北京：机械工业出版社，
2008.
[2] 梁森，欧阳三泰，王侃夫.自动检测技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2008.
[3] 张洪润，张亚凡，邓洪敏.传感器原理及应用[M].北京：清华大学出版社，2008.
[4] 居里.分析电力工业中的新型红外温度传感器[J].中国光学期.2011,(23):14-17.
编号： 毕业设计任务书 题目：恒温箱温度控制系统的设计 学院：机电工程学院 专业：电气工程及其自动化 学生姓名：孙卉 学号：1200120304 指导教师单位：机电工程学院 姓名：韦寿祺 职称：教授 题目类型：?理论研究?实验研究?工程设计?工程技术研究?软件开发 2015年12月28日
一、毕业设计（论文）的内容 恒温箱广泛应用在医疗、工业生产和食品加工等领域，其对温度稳定性要求较高，如何实现对温度的精确控制是恒温箱温度控制系统的关键。温度控制系统通常由被控对象、测量装置、调节器和执行机构等组成。目前，测量装置大多采用温度传感器采集温度，但是在常规的环境中，温度受其它因素影响较大，而且难以校准，因此，温度也是较难准确测量的一个参数，常规方法测量温度误差大、测量滞后时间长。当前，普遍使用单片机或者PLC实现恒温箱温度的智能控制，两种控制方式各有优势。本课题要求设计一种智能恒温控制系统，选择合适的控制方式实现温度的智能控制，具体任务如下： 1、收集有关恒温箱的文献资料，了解恒温箱的工作原理、工艺要求等，重点学习掌握恒温箱温度控制系统的构成、运行参数、控制特点等，选择合适的控制方式，制定恒温箱电热温度控制系统的控制方案。 2、建立恒温箱电热温度控制系统的数学模型，应用仿真软件进行仿真，选择调节器参数，分析系统稳态和动态控制性能指标。 3、完成恒温箱电热温度控制系统的硬件电路设计和相关控制软件程序的编写，绘制系统原理图，计算元器件参数，选择元器件型号。 4、制作演示模拟样机，进行软硬件联调。 二、毕业设计（论文）的要求与数据 1、收集恒温箱温度控制系统的工作原理和控制方法的相关文献资料15篇以上，其中英文文献不少于2篇。 2、恒温箱电热温度控制系统的输入电源为单相220V，电加热额定功率5kW，温度调节范围室温~200℃，温度控制精度在±1℃以内。 3、恒温箱对加热电源电流的传递函数为18.4 e ，采用PID调节器或九点 1.2s 控制器设计恒温箱电热温度控制系统，选择单片机或PLC作为控制器。 4、演示模拟样机采用单相220V供电，自行定义加热功率，最高温度100℃，温度控制精度在±1℃以内。 三、毕业设计（论文）应完成的工作 1、完成二万字左右的毕业设计说明书，要求原理正确，数据详实，文理通顺，格式规范；毕业设计说明书的英文摘要要求300个单词以上，内容与中文摘要一致，语句通顺，无语法错误；附15篇以上参考文献，其中英文文献不少于
计算机控制系统设计报告 设计名称：恒温箱温度计算机控制系统设计 姓名：高川 学号: 20121851 班级：自动化1203 学院：信息工程学院 任课教师：聂诗良 2015年11月21日
基于单片机的恒温箱控制系统设计 摘要：本设计是基于AT89C52单片机的恒温箱控制系统，系统分为硬件和软件两 部分，其中硬件包括：电源、温度传感器、显示屏、控制、晶闸管驱动和报警的设计；软件包括：键盘管理程序设计、显示程序设计、PID控制程序设计和温度报警程序设计。编写程序结合硬件进行调试，能够实现设置和调节初始温度值，进行液晶显示，当加热到设定值后立刻报警。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为主控芯片，液晶作为显示输出，实现了对温度的实时测量与恒定控制。 关键词：单片机、晶闸管、恒温、PID算法。 引言：本课题采用单片机控温度实现恒温控制，这个环节有温度传感器将恒温箱内的温度信号传输给单片机，单片机通过对输入的温度信号与设定值比较，再把比较后的信号通过PID 控制器得出控制信号，从而保持控制晶闸管的通断状态，达到平滑的控制灯泡两端电压实现对恒温箱温度的全程控制。 一、本课题设计要求 如下图所示，恒温箱采用木箱或纸箱（外形尺寸不大于30cm×30cm×30cm）， 内置白炽灯泡（功率不大于100W）用于加热。 木箱或纸箱 白炽灯泡≤100W 30cm 10cm 自制恒温箱要求 （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，采用可控硅平滑控制。 （3）采用单片机89C51作为控制器。 （4）采用LCD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，声音延
课程设计课题：单片机培养箱温控系统设计 本课程设计要求：温度控制系统基于单片机，实现对温度的实时监控，实现控制的智能化。设计了培养箱温度控制系统，配备温度传感器，采用DS18B20数字温度传感器，无需数模/数转换，可直接与单片机进行数字传输，采用PID控制技术，可保持温度在要求的恒定范围内，配备键盘输入设定温度；配备数码管L ED显示温度。 技术参数及设计任务： 1、使用单片机AT89C2051控制温度，使培养箱保持最高温度110 ℃ 。 2、培养箱温度可预设，干燥过程恒温控制，控温误差小于± 2℃. 3、预设时显示设定温度，恒温时显示实时温度。采用PID控制算法，显示精确到0.1℃ 。 4、当温度超过预设温度±5℃时，会发出声音报警。 和冷却过程没有线性要求。 6、温度检测部分采用DS18B20数字温度传感器，无需数模/数转换，可直接与单片机进行数传 7 、人机对话部分由键盘、显示器、报警三部分组成，实现温度显示和报警。本课程设计系统概述
一、系统原理 选用AT89C2051单片机作为中央处理器，通过温度传感器DS18B20采集培养箱的温度，并将采集的信号传送给单片机。驱动培养箱的加热或冷却。 2、系统整体结构 总体设计应综合考虑系统的总体目标，进行初步的硬件选型，然后确定系统的草案，同时考虑软硬件实现的可行性。经过反复推敲，总体方案确定以爱特梅尔公司推出的51系列单片机为温度智能控制系统核心，选用低功耗、低成本的存储器、数显等元器件。总体规划如下： 图1 系统总体框图 2、硬件单元设计 一、单片机最小系统电路 Atmel公司的AT2051作为89C单片机，完全可以满足本系统所需的采集、控制和数据处理的需要。单片机的选择在整个系统设计中非常重要。该单片机具有与MCS-51系列单片机兼容性高、功耗低、可在接近零频率下工作等诸多优点。广泛应用于各种计算机系统、工业控制、消费类产品中。 AT 89C2051 是 AT89 系列微控制器中的精简产品。它是省略了AT 51的P0口、P2口、EA/Vpp、ALE/PROG、PSEN口线组成的20针单片机，相当于早期Intel 8031的最小应用系统。89C对于一些不太复杂的控制场合，只要一颗AT 89C2051就够了，是真正意义上的“MCU”。 AT 89C2051为很多规模不大的嵌入式控制系统提供了绝佳的选择，使传统的51系列单片机存在体积大、功耗大、可选模式少等诸多缺点。这种类型的微控制器包括：
第1章绪论 1.1研究的目的和意义 温度是工业生产中主要被控参数之一，温度控制自然是生产的重要控制过程。工业生产中温度很难控制，对于要求严格的的场合，温度过高或过低将严重影响工业生产的产质量及生产效率，降低生产效益。这就需要设计一个良好温度控制器，随时向用户显示温度，而且能够较好控制。单片机具有和普通计算机类似的强大数据处理能力，结合PID,程序控制可大大提高控制效力，提高生产效益。 本文采用单片机STC89C52设计了温度实时测量及控制系统。单片机STC89C52能够根据温度传感器DS18B20所采集的温度在LCD1602液晶屏上实时显示，通过PID控制从而把温度控制在设定的范围之内。通过本次课程实践，我们更加的明确了单片机的广泛用途和使用方法，以及其工作的原理。 1.2国内外发展状况 温度控制采用单片机设计的全数字仪表，是常规仪表的升级产品。温度控制的发展引入单片机之后，有可能降低对某些硬件电路的要求，但这绝不是说可以忽略测试电路本身的重要性，尤其是直接获取被测信号的传感器部分，仍应给予充分的重视，有时提高整台仪器的性能的关键仍然在于测试电路，尤其是传感器的改进。现在传感器也正在受着微电子技术的影响，不断发展变化。 恒温系统的传递函数事先难以精确获得，因而很难判断哪一种控制方法能够满足系统对控制品质的要求。但从对控制方法的分析来看，PID控制方法最适合本例采用。另一方面，由于可以采用单片机实现控制过程，无论采用上述哪一种控制方法都不会增加系统硬件成本，而只需对软件作相应改变即可实现不同的控制方案。因此本系统可以采用PID的控制方式，以最大限度地满足系统对诸如控制精度、调节时间和超调量等控制品质的要求。现在国内外一般采用经典的温度控制系统。采用模拟温度传感器对加热杯的温度进行采样,通过放大电路变换为 0～5V 的电压信号,经过A/D 转换,保存在采样值单元;利用键盘输入设定温度,经温度标度转换转化成二进制数,保存在片内设定值单元;然后调显示子程序,多次显示设定温度和采样温度,再把采样值与设定值进行 PID 运算得出控制量,用其去调节可控硅触发端的通断,实现对电阻丝加热时间的控制, 以此来调节温度使其基本保持恒定。 1.3温度控制系统的设计内容 本系统从硬件和软件两方面来讲述恒温箱温度自动控制过程,在控制过程中主要应用STC89C52、LCD1602液晶显示器，而主要是通过DS18B20数字温度传感器采集环境温度，以单片机为核心控制部件，并通过LCD1602显示实时温度的一种数字温度计。软件方面采用C语言来进行程序设计，使指令的执行速度快，节省存储空间。而系统的过程则是：首先,通过设置按键,设定恒温运行时的温度值，并且用LCD1602显示这个温度值.然后,在运行过程中将DS18B20采样的温度经过处理后的数字量用LCD1602进行显示，结合PID 控制得出的信号传给单片机，用单片机的相应引脚来控制加热器,进行加热或停止加热，直到能在规定的温度下恒温加热，如果温度超过了恒温设定值，用单片机控制制冷片对恒温箱进行降温，最后保证恒温箱在设定的温度下运行。
恒温箱的设计 师恭鹏 （江西理工大学电气工程与自动化学院，江西，赣州，341000） 摘要：恒温箱将基于PLC设计完成。设计过程中将应用温度传感器、数码显示管、加热装置、冷却水泵、冷却器、储水箱、温度显示、阀门及状态指示部件。恒温系统要求控制恒温箱水温在20～80℃之间的某个设定数值。两个数码显示管分别用于显示设定温度及显示测试温度。当水温低于设定值时，采用电加热升温。当水温高于设定值时，放出部分热水，启动冷却水泵使水流经冷却器向恒温箱供水降温。本系统以PLC控制器为核心，设计控制系统的硬件电路和软件程序，完成要求的控制任务。 关键词：恒温箱；PLC；传感器 The design of the incubator SHI Gong-peng （SchoolofElectrialEngineeringandAutomation,JiangxiUniversityofScienceandTechnology,Ganzhou341000,China） ABSTRACT：The incubator will be based on the PLC design. The design process will be the temperature sensor, digital display tubes, heating device, cooling motor, coolers, storage tanks, temperature display, valves and status indication components. The thermostat system requirements for the control incubator water temperature between 20 - 80 ° C set the value. Two digital display tubes were used to display the set temperature and display the test temperature. When the water temperature below the set value, the electric heating to heat up. When the water temperature is higher than the set value, to release some hot water, and start cooling the motor so that flow through the cooler to cool to the water supply to the incubators. This system as the core of the PLC controller, the design of control systems hardware and software program to complete the requirements of control tasks. Keywords: Incubator; PLC; Sensor 0 引言 恒温箱的使用大部分是在实验室、工业、医药中。 在实验室中，特别是生物实验室，我们为了得到更加准确的实验数据，对于恒温实验环境要求严格。所以针对实验室来说，恒温箱的作用显得相当重要，对于我们实验室的研究过程以及研究结果将产生很大的影响。同时更加准确的研究结果对于我们由此产生的试验成果的实际运用产生积极的作用。对于我们的生物、农业、渔业的发展产生巨大的推进作用。 在工业生产中，恒温箱的应用是广泛的，直接产生产品的。所以我们更注重恒温环境的保持，恒温环境的稳定保持对于我们工厂车间的产品以及由此相关的工业生产都是基于恒温环境的后续发展。所以恒温箱的作用在工业中更是处于举足轻重的地位。同时在工业生产过程中我们对于恒温箱的要求也相对更加严格，比如质量的可靠性、恒温箱的维护管理费用、恒温箱的本身价位等，这些对于工业上的批量生产产品的企业都是相当重要的。 在医药方面，医用恒温箱主要用于药品，试剂的储存，运输；疫苗，血液的冷藏保温，
毕业设计（论文）中文摘要
毕业设计（论文）外文摘要
目录 1 绪论 (1) 2 FX2N系列PLC (3) 3 FX2N-4AD模块介绍 (4) 3.1 通道选择 (4) 3.2 程序实例 (6) 4 传感器简介 (7) 4.1 热电偶传感器应用 (9) 4.2 叶轮式流量传感器 (10) 4.3 光电开关 (11) 5 BCD译码器 (15) 6 搅拌部分 (16) 6.1搅拌过程分类 (16) 6.2搅拌桨叶分类 (17) 6.3 流体搅拌基本原理及参数 (18) 7 冷却器简介 (18) 8 程序设计 (19) 8.1恒温箱的工艺过程及控制要求 (19) 8.2控制方案分析 (20) 8.3系统的配置 (20) 8.4主要控制程序说明 (21) 8.5 恒温箱控制总梯形图 (25) 8.6 恒温箱控制语句表 (32) 结论 (38) 致谢 (39) 参考文献 (40)
1 绪论 可编程控制器简称PC（英文全称：Programmable Controller），它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称：Programmable Logic Controller）和可编程序控制器PC 几个不同时期。为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。 1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC 标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。” 目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节
开题报告 题目名称基于单片机的自动恒温箱的设计 题目来源 A 题目类型 2 导师姓名张焕君 学生姓名孔畅班级学号0803010604 专业自动化 具体内容（课题背景和意义、国内外研究现状、课题主要内容、课题研究方案、日程安排、参考文献） 一、课题背景和意义 随着计算机控制技术的发展，恒温系统自动控制已在工业生产领域中的到了广泛的应用，并取得了巨大的经济和社会效益，在不同的领域内，由于控制环境，目标，成本等因素，需要针对情况来设计系统结构和功能，以取得最佳的控制效果。在日常生活工业生产和实验中电热恒温应用随处可见。在生活中我们用来保存食物的恒温箱，工业生产中一些原料的保存也用到恒温箱，在实验室里，特别是生物的培养实验室，恒温箱的应用更是普遍。 二、国内外研究现状 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。国内对于恒温箱的研究也越来越深入，对温度的测控方法多种多样。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也得到了迅速的发展和广泛的应用。利用微机对温度进行测控的技术，也便随之而生，并得到日益发展和完善，越来越显示出其优越性。然而现有的温度传感元件大多为模拟器件（热电耦）体积大、应用复杂、而且不容易实现数字化等缺点，阻碍了应用领域的扩展。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，数码管作为显示输出，实现了对温度的实时测量与恒定控制。 三、课题主要内容 本课题采用单片机为主控制器，通过数字传感器测得箱内温度，再将温度信号送入主控制器，通过程序设计来完成恒温箱的温度控制。本课题硬件设计包括温度采集定路设计，键盘电路设计，报警电路设计，显示电路设计以及电源电路的设计。软件的设计包括主程序设计，温度传感器驱动检测和控制程序的设计，显示程序设计，键盘程序设计以及报警程序设计。运行调试包括温度控制调试，键盘扫描调试，报警及显示到的调试。
1引言 恒温箱智能控制系统已广泛应用于社会和生活中的各个领域，在恒温箱的发展过程过程中，温度控制对恒温箱的设计是人类长期以来研究的重要课题。此论文主要研究恒温箱温度控制，硬件采用Proteus ISIS 7.8进行仿真，程序采用Keil 进行仿真。最后，硬件仿真与程序仿真结合便测试出所设计的效果。 1.1 研究背景及现状 温度控制是恒温箱的重要环节，对温度智能控制系统有重大意义。在日常生活中，可以用来保存食物；在工业中，可以保存工业原料以及一些产品的测试，其控制效果的好坏会对产品有直接影响；在农牧业中，可以育苗，可以饲养生物；在科研机构可以培养细胞；在生物研究中，可以为无菌试验创造有利的条件；一些高端电子设备的正常运行需要一定的温度环境。 上世纪70年代，温度控制系统在国外开始被研究。大约在80年代，国外温度控制系统发展迅猛，智能化等在科技中也有较大的成就。程美枫2014年在干燥箱温度中系统误差的分析中提出了用一定的方法发现和减小或消除系统误差[1]；李颖2015年在0℃恒温装置的设计中提出一种便携式无线监控0℃恒温箱[2]；孙宏健2016年在一种数字温度计的设计和校准中提出了由单片机与温度传感器组成的硬件设计方案[3]；王一帜2017年在便携智能恒温箱的设计中研究了半导体制冷材料以及单片机的相互连接与信号转换，实现恒温控制及温度显示功能。 [4]；赵静2018年在一种外循环式温度恒温箱设计中提出了用微小压力流体压强原理进行测量水介质外循环控温的恒温箱[5]。 本论文重点研究恒温箱温度的智能控制，首先对器件进行选择，然后通过仿真，分析恒温箱温度的设计以及应用领域。在研究温度控制系统时，对温度的参数设置进行分析对比，以达到最优效果。 1.2 本人主要工作 本论文首先对恒温箱硬件和软件的器件进行了选择。然后，选择并使用合适的软件进行温度测量，通过Proteus ISIS和Keil仿真，并对比温度的参数，来回控制，使温度控制在设置温度的上下。
恒温箱温度控制系统设计 恒温箱是一种用于保持恒定温度的设备，广泛应用于实验室、医疗、 食品加工等行业。恒温箱温度控制系统设计是为了保持箱内温度在预定的 设定值范围内稳定，确保实验或加工过程的准确性和可靠性。本文将详细 介绍恒温箱温度控制系统设计的关键步骤和技术要点。 一、温度传感器选择和安装： 温度传感器是恒温箱温度控制系统的核心部件，常用的传感器有热电 偶和热敏电阻。选择传感器时需要考虑测量范围、精度、响应时间等因素，并在箱内合适的位置进行安装，以确保能够准确测量到箱内温度。 二、温度控制器选择和配置： 温度控制器是实现恒温箱温度控制的关键组件，常见的控制器有PID 控制器和模糊控制器。控制器的选择要根据实际需求和系统性能来确定， 同时需要根据传感器类型和参数进行配置，确保能够准确控制箱内温度。三、加热器和散热器安装： 恒温箱的温度控制是通过加热器和散热器来实现的，加热器增加箱内 温度，散热器降低箱内温度。加热器和散热器的选择要考虑到箱体的尺寸 和散热量，合理配置，并确保安装牢固和散热效果良好。 四、温度控制算法设计： 温度控制算法是恒温箱温度控制系统的关键部分，常用的算法有PID 算法、模糊控制算法和遗传算法等。在算法设计过程中需要根据实际需求 和系统响应特性进行参数调整，以达到稳定控制和快速响应的效果。 五、温度控制系统的连续监测和调整：
温度控制系统需要实时监测箱内温度，并在温度偏离设定值时进行及时调整。可以通过触摸屏显示温度曲线和设定值，在温度波动较大时进行系统调整，保证温度稳定性。 六、安全性和可靠性设计： 综上所述，恒温箱温度控制系统设计应包括温度传感器选择和安装、温度控制器选择和配置、加热器和散热器的安装、温度控制算法设计、温度控制系统的连续监测和调整、以及安全性和可靠性设计。只有在这些关键步骤和技术要点上做好设计和配置，才能确保恒温箱温度控制系统的稳定性和可靠性，以满足实际需求。
杭州电子科技大学 毕业设计（论文）外文文献翻译 恒温水箱设计与研究 毕业设计（论文）题目 恒温箱和控制系统的设计翻译题目 理学院 学院 应用物理 专业 王瓅 姓名 班级10073211 学号10072112 黄华 指导教师
恒温箱和控制系统的设计 摘要：基于恒温成型压制和转动工艺，而设计出的高精度的构型设备.此外，有恒温箱有热传导计算,热传导值的分析的辅助装备。同时采用单片机数字逻辑运算，实现了系统的高精确度自动控制。该结果呈现出的这一设想是合理的,该设备的设计是切实可行的并具有推广价值的。 1、引言 随着科技发展，许多制造精密的产品，都需要一个特定的工作环境。例如工程研发镁合金汽车轮毂旋转等温挤压成型的设备，它需要在约250摄氏度的液体培养基中处理.通过密封液体恒温箱，使轮毂在适宜的温度成形.这种成型技术可以加大轮毂区域的变形度，且能在较小程度温度波动中变形。其变形区会增加，变形路径会更加合理;温度波动小，减少了内部金属因为不同的组织而表现不均造成的变形差异，显着提高了产品的可塑性，降低了成型后的残余应力，提高了产品的质量和精度。这一技术的发展为产业提供了一种恒定的壁垒。为此目的而设计的温控器能够为现在与未来的设备生产提供更大的发展空间［1，2]。 2。恒温箱的控制理论 恒温箱的控制原理如图1所示,在恒温箱中,有两个电热器为P1=50KW P2=2500W 和一个解析度为100μV /℃的温度传感器. 开始加热P1，1小时后的恒温箱温度在额定温度TH = 250℃左右。以使整个温度范围的恒温箱(-2％）〈TH〈T （2％）TH. 当前箱温度被温度传感器转换成微小的电压，通过功率放大器，以0V~5V的电压输出，模拟输出电压通过模数转换转换器转换成数字量采集于计算机系统中. 作者：Chunsheng Ma a Zhimin Zhang b* 出处：Procedia Engineering 7 (2010) 477–481
毕业设计论文 基于Matlab的恒温箱温度控制系统设计与仿真
摘要恒温箱在工业生产和科学研究中有着重要的作用，因此设计一个合适的温度控制系统有着重要的意义，而恒温箱的温度控制系统比较复杂，是一个大时滞、时变、非线性系统，很难用数学方法建立精确的数学模型。 目前主要采用经典控制、智能控制和两种控制算法相结合的控制算法对恒温箱的温度控制系统进行控制。 在本文中选定二阶纯滞后环节为控制对象的数学模型，对其分别采用PID控制算法，模糊控制算法和模糊PID算法对恒温箱进行控制，并用Matlab对各算法进行仿真比较分析。通过对这几种算法的仿真与研究，发现PID整定好的参数不能长期适应系统模型，需要不断对控制器参数进行整定，才能达到较好的控制效果；模糊控制不依赖于系统的精确模型，是解决不确定性系统的一种有效途径，但控制精度不高，且量化因子和比例因子确定后，其适应能力有限制；而模糊PID控制方法具备了模糊控制和PID控制各自的优点，同时具有很强的鲁棒性和适应能力。 关键词大时滞系统，PID控制，模糊控制，模糊PID控制 ABSTRACT As thermostat plays an important role in the production and
scientific research, so designing a suitable temperature control system has an important significance. The thermostat's temperature control system is complex, and is a large time lag, time-varing, nonlinear system, then it is difficult to establish an accurate mathematical model. Currently the classical control, intelligent control and their combined control algorithm are main used for control the temperature control system. This paper selects second-order lag model for the control object, and uses PID control algorithm, fuzzy control algorithm and fuzzy PID algorithm to control thermostat and uses Matlab software for the simulation comparative analysis. By studying several simulation we found that PID algorithm arranges the parameter cannot adapt a long time, and it need unceasingly be carried on the adjustment and achieve the anticipated effect. Fuzzy control does not depend on the precise object model and is an effective way to solve the uncertainty. But the control accuracy is not high ,and when quantifiable factor and scale factor is determined ,its adaptable ability is restricted. As fuzzy PID control algorithm ,it not only combines the fuzzy control
恒温箱自动控制系统设计 组员： 院系： 指导教师：
【摘要】 本组设计的恒温箱自动控制系统主要由中央处理器、温度传感器、半导体制冷器、键盘、显示、声光报警等部分组成。处理器采用AVR Mega128单片机，温度传感器采用DS18B20，利用半导体制冷片一面制冷一面发热的工作特性进行升降温，用LCD12864作为显示输出。温度传感器检测到温度数据传送给单片机，单片机再将温度数据与给定值进行比较，从而发出对半导体制冷器的控制信号，使温度维系在给定值附近（偏差小于±2℃），同时单片机将数据送与显示器。 【关键字】 单片机温度传感器半导体制冷器控制 一、设计方案比较 1.1总体设计方案 这里利用DS18B20芯片作为恒温箱的温度检测元件。DS18B20芯片可以直接把测量的温度值变换成单片机可以读取的标准电压信号。单片机从外部的两位十进制拨码键盘进行给定值设定，读入的数据与给定值进行比较，根据偏差的大小，采用闭环控制的方法使控制量更加精准。控制结果通过液晶显示器LCD12864予以显示。 系统整体框图如图一所示： 图一、系统整体框图 1）温度检测元件的选择： 方案一：这里所设计的是测温电路，因此可以采用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，检测并采集出随温度变化而产生的电压或电流，进行A/D转换后送给单片机进行数据处理，从而发出控制信号。此方案需要另外设计A/D转换电路，使得温测电路比较麻烦。 方案二：上网查得温度传感器DS18B20能直接读出被测温度，并可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读取方式，它内部有一个结构为8字节的高速暂存RAM存储器。DS18B20芯片可以直接把测量的温度值变换成单片机可以读取的标准电压信号。与方案一比较更加简单实用，因此我们选择方案二。
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4——20mA。 加热器为交流220V，1000W电炉。 二．课程设计应完成的工作 1）硬件部分包括微处理器（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 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，1999 2．《现代测控技术与系统》韩九强清华大学出版社2007.9 3．《智能仪器》程德福，林君主编机械工业出版社2005年2月 4．《测控仪器设计》浦昭邦，王宝光主编机械工业出版社2001 5．Keil 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%)。
一·设计任务 恒温箱工作在70℃-80℃,精度℃,有越线报警;具有断电保护,报警等功能; 二·原理框图 三．总体方案 本次设计的以“AT89C52单片机”为核心,模数转换器和LED数码管为主的硬件电路;用C语言编写程序为软件;做成一个自动控制的恒温箱;其主要功能是通过数字温度传感器DS18B20实时测量箱内的温度,并及时的显示;并通过报警功能实时监控恒温箱的工作状态,同时采用后备电源实现断电保护功能; 四·系统器件分析 1、温度传感器 本实验采用数字温度传感器DS18B20,与传统的热敏电阻相比, 他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式;可以分别在和750ms内完成9位和12位的数字量, 并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线单线接口读写, 温度变换功率来源于数据总线, 总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电, 而无需额外电源;因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单,可靠性更高,成本更低;测量温度范围为～55℃～+125℃;C,在一10℃～+85℃;C范围内,精度为±℃;DS1822的精度较差为±2℃;现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性; 2．单片机 本次设计选择AT89C52作为单片机,AT89C52是美国的ATMEL公司生产的CMOS8位单片机有着低电压,高性能的特性,片内含有8k bytes的可反复擦写 的只读程序存储器Flash和256 bytes的随机存取数据存储器,器件采用的是ATMEL公司的高密度、非易失性存储的技术生产,还兼容标准MCS-51系统指令,片内置通用Flash存储单元和8位中央处理器 3.报警 报警功能由蜂鸣器实现,当由于意外因素导致电阻炉温度高于设置温度时,单片机驱动蜂鸣器鸣叫报警;报警上限温度值为预置温度+5℃,即当前温度上升到高于预置温度
开题报告 电子信息工程 单片机恒温箱控制系统 一、课题研究意义及现状 恒温箱主要用于控制温度，它可以为农业研究、生物技术测试提供各种所需要的模拟环境，因此广泛用于药物、纺织，产品寿命测试等相关行业。 随着微电子技术的快速发展，单片机的数据处理能力和功能得到了极大地提高，基于单片机的恒温箱就应运而生了。单片机温度控制系统能很好的克服传统控制器的缺点，选用51系列单片机为主处理芯片，温度测量多选用热敏电阻，热敏电阻的阻值随温度的变化反映在电阻电压的变化上，通过对电压信号的采集，可以反推出所测的温度。这种单片机恒温箱具有简单，实用，价格低廉和精度高的特点，使用很广泛。 近几年，通过对产品的升级换代、新工艺、新材料的使用，恒温箱有了较大的改进，温度控制系统从简单的机械式温度调节演变成温度控制仪表及计算机控制，并增加了限温、限流等安全保护装置，使恒温箱性能有了较大的提高，应用领域也日益扩大，成为一种多用途的电热温控设备。目前，医用恒温箱式样繁多，在各大中小医院普遍使用。普遍使用的是机械触点控制式恒温箱，但这种恒温箱容易出现控温不准，温度超高或偏低、失控不能断电、接触不良不能加热等一系列问题。为此新型的恒温箱采用数控化，这种恒温箱控温准确，调节灵活，使用方便，故障率大大下降，维修次数明显减少，取得了良好的经济效益。还有一种使用很广泛的就是恒温孵化箱。这相对于传统的孵化方式有更高的孵化效率，也就增加了经济效益。 随着电子器件的发展，控制电路的形式也多种多样。出现了先进的神经网络，模糊控制和遗传算法，这些属于人工智能领域，同PID结合以调节PID参数，适应温控系统非线性，干扰多，大时延，时变和分布变化的特点。神经网络采用自适应的方法，具有很强的鲁棒性，动态响应快，实现温控系统的参数自调整，将线性控制与非线性相结合。 本课在开题前，已经对单片机恒温箱的背景做了大量调研。 二、课题研究的主要内容和预期目标 采用单片机设计的恒温箱控制系统，具有系统稳定可靠，控制精度高，实用性强等特点，广泛应用于各个领域。 了解当前国内外恒温箱技术的研究现状及其产品市场；熟悉单片机编程技术和动手能力，为以后从事相关工作做好铺垫。毕业设计具体内容： 设计采用STC89C51单片机和DS18B20数字温度传感器制作一个恒温箱控制系统，通过一定功