实验用恒温箱控制系统设计及其模型建立

摘要温度与生物的生活环境密切相关，不同的生物或物体对温度的要求都不同。

随着智能控制技术不断的发展，在现代工业生产以及科学实验的许多场合，为了获取生物或物体所需求的温度，需要及时准确的获取温度信息，同时完成对温度的预期控制，这时候温度检测与控制系统就显得尤其的重要。

因此，温度检测系统的设计与研究一直备受广大科研者重视。

本次课题设计了一个低成本，高精度的恒温箱。

该设计主要从硬件和软件两个方面出发：1）在硬件上，选择AT89C52单片机为核心，，并以Pt100温度传感器作为温度检测仪器，通过ICL7135模数转换器采集数据，用LED数码管作为显示器，构成了一个恒温箱；2）在软件上，设计了温度检测算法，并在C语言编程环境下，编写了相应的程序来实现所设计的算法。

最后通过Proteus ISIS与Keil的联合仿真，保证了算法的可行性。

通过仿真实验可以发现所设计的系统可以较好的检测、控制并且保持温度。

但是由于温度调节的迟滞性以及设计上的不足，该系统具有一定的局限性。

关键词：温度检测；AT89C52单片机；恒温箱；C语言编程ABSTRACTTemperature is closely related to life and environment. Different creature or object have different requirements to temperature. With the development of the intelligent-control- technology, and in order to arrive to the creature's or object's temperature-demand, we should take the information of temperature timely and accuratly, and control the temperature to the expected degree, in the modern industrial production and scientific experiment many occasions . I n this situation, the testing and controlling system for temperature is especially important. Therefore, the designs for temperature detection system attract researchers' attentions.In this dissertation, we designed a box with constant temperature which has low cost as well as high accuracy. We designed the system mainly from two aspects: hardware and software1)Hardware's design: At first, we chosed AT89C52 SCM as the core of the system. And then we selected TL431 to compose the V constant and Pt100 temperature sensor for testing temperature. At last, we collecte data througn the ICL7135 ADC and display data them on the LED. All of this consists of a the constant-temperature-box;2)Software's design: In this papar, we designed a algorithm detecte temperature and implemented it based on the C programming language's environment. Finally we did a series of simulationexperiment through the Proteus ISIS and Keil to ensure that the algorithm is feasible.Simulation results show that the system designed had a very good effect on temperature's detection, controlling and keeping . Because of the adjustmentand of the temperature and the insufficiency of the design, this system has some limitations.Keywords：Temperature detection;AT89C52 SCM; Box of constant temperature ;C language programming目录第一章绪论 .................................................... 错误!未定义书签。

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18.4e ，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。

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。

摘要在日常生活工业生产和实验室中，恒温箱的应用随处可见到。

在生活中我们保存食物用到恒温箱，工业生产中一些生产原料的保存用到恒温箱，实验室里特别是生物的培育实验室，恒温箱的应用更是普遍。

在本设计中，我们针对恒温箱而设计的一个恒温系统，在系统里，通过对恒温箱温度的检测与变送传到单片机，与给定值进行比较，单片机对数据进行处理，根据偏差信号的大小输出驱动PWM输出，通过改变PWM输出的周期和幅值，控制发热丝的功率，从而达到恒温箱内温度控制的目的。

本实验的单片机为51系列，对数据进行采集比较处理与输出，PWM通过单片机的脉冲输出，通过光隔离输入放大电路对发热丝进行加热，直接对箱子温度进行提升，最终达到控制温度的目的。

关键字：单片机8052 CT02红外线温度传感器恒温箱一.系统方框图二.单元模块介绍（一）温度检测部分--CT02/CT20介绍工作电压：8—36VDC测温范围：-40～600℃ （量程分度可用设置键或软件来调节） 在本设计中，设置测温范围为0—100℃。

温度分辨率:0.1℃响应时间：150mS （95%）输出形式：数字输出，不需要使用变换器。

（二）单片机部分介绍80C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM 、8k 片内程序存储器（ROM ）32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。

单片机8052 CT02/CT20温度检测 PMW 输出波形控制两位十进制拨码盘 红光LED上限报警绿光LED 下限报警恒温箱内电阻丝加热恒温箱系统 报警电路 蜂鸣器此外，89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。

在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。

掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。

89C52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。

清华大学本科毕业论文基于单片机的恒温箱智能控制系统的设计所在学院专业名称自动化申请学士学位所属学科工学年级 2008级学生姓名、学号指导教师姓名、职称完成日期摘要摘要温度的测量与控制在工业、农业、国防等行业有着广泛的应用。

随着微电子技术的发展，各种高性能的半导体集成温度传感器，在温度测控领域得到了极为广泛的应用。

恒温箱的智能控制系统是用半导体温度传感器做测温器，用单片机控制温度平衡，最终达到恒温的目的。

本文对系统所能实现的功能做了简单介绍，并简单介绍了系统使用的单片机的性能和发展情况；对系统使用的模/数转换芯片TLC2543做了性能方面的简单说明；同时对测量温度在-55℃～+150℃之间的集成型恒流测温元件AD590做了介绍。

本文重点介绍了系统硬件的分析与设计，对硬件各部分的电路一一进行了介绍。

绘制了电路原理图，并进行了电路的焊接，完成了系统的硬件调试。

根据硬件的设计和系统所要实现的功能，本设计对软件也进行了设计，并经过反复的模拟运行、调试，完成了系统的软件设计，最后形成了一套完整的智能温度控制系统。

关键词：温度传感器；A/D转换；单片机IABSTRACTMeasurement and control of temperature has broad application in industry such as industry, agriculture, national defense. Go with the development of the microelectronics technology, the integrated various high-performance semiconductor temperature sensor has got extremely broad application in the field of temperature measurement and control. In the intelligent control system of constant temperature box, semiconductor temperature sensor is used to measure its temperature; microcontroller unit is applied to control temperature balance to achieve the end of constant temperature.This article introduces the function of the system and the performance and developing condition of microcontroller unit used by the system specifically; the Mold/Number transformation chip TLC2543 which the system used gives the performance aspect simple introduction; Meanwhile introduces integration constant flow temperature element AD590 which surveys temperature from -55℃ to +150℃.This article mainly introduces the analyses and design of the system hardware electric circuit. It carries on the introduction to each part of electric circuits. Draw up the electric circuit schematic diagram and weld the part of the system, complete the hardware debugging. According to the hardware design and the function which the system will realize, this design carries on designs to the software. And after the repeatedly simulation run, debugging and revision, completes the design of system software, finally forms a set of intelligent temperature control system.Key words: Temperature sensor；Mold/Number；Microcontroller unit目录1 引言------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 42 系统设计分析 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 4 2.1 系统功能分析----------------------------------------------------------------------------------------------- 42.2 系统结构方案确定 ---------------------------------------------------------------------------------------- 53 系统硬件的分析与设计------------------------------------------------------------------------------------------ 7 3.1 直流稳压电源的设计 ------------------------------------------------------------------------------------- 7 3.2 温度采集电路的设计 ------------------------------------------------------------------------------------- 9 3.3 AD的选择及接口电路 ---------------------------------------------------------------------------------- 11 3.4 AT89C52最小系统设计 -------------------------------------------------------------------------------- 123.5 强电控制及过零检测电路 ---------------------------------------------------------------------------- 164 软件的仿真与调试 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 19 4.1 软件控制方案--------------------------------------------------------------------------------------------- 19 4.2 系统的干扰及软件处理措施 ------------------------------------------------------------------------- 19 4.3 软件控制方案--------------------------------------------------------------------------------------------- 204.4 控制框图 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 215 整体系统调试 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 27 5.1 硬件电路的调试 ------------------------------------------------------------------------------------------ 27 5.2 软件程序调试--------------------------------------------------------------------------------------------- 28结论-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 28参考文献-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 29致谢-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 301 引言近年来为了保证产品的质量，各个行业行为规范就越来越高，众多机械类、医药类、化工类、建筑类等工业和企业都离不开恒温箱的使用；为了确保恒温箱许多主要技术的指标可以达到国家技术所要求的规定，必须对其进行检测，保证产品的质量[1]。

恒温育种箱的设计与制作摘要在日常生活、工业生产和实验室中电热恒温箱的应用随处可以见到。

在生活中我们保存食物用到恒温箱，工业生产中一些生产原料的保存用到恒温箱，实验室里，特别是生物的培育实验室，恒温箱的应用更是普遍。

在本设计中，我们针对培养箱而设计的一个恒温系统，在系统里，通过对恒温箱温度的检测与变送传到单片机，与给定值进行比较，单片机对数据进行处理，根据偏差信号的大小输出驱动PWM输出，通过改变PWM输出的周期和幅值，控制发热丝的功率，从而达到恒温箱内温度控制的目的。

本设计的单片机为51系列，对数据进行采集、比较、处理与输出，PWM通过单片机的脉冲输出，通过光电隔离输入放大电路对发热丝进行加温，直接对箱子温度进行提升，最终达到控制温度的目的。

关键词：单片机；PWM；数字PID控制目录第一章绪论 (1)第二章总体方案设计 (2)2.1 方案一 (2)2.2 方案二 (3)第三章单元模块设计 (4)3.1数字温控芯片DS18B20介绍 (4)3.1.1 DS18B20的内部结构 (5)3.1.2 DS18B20的外形及引脚说明 (7)3.1.3 DS18B20温度传感器的存储器 (8)3.1.4 DS18B20的特性 (10)3.1.5 DS18B20工作原理 (11)3.1.6 DS18B20使用中注意事项 (14)3.2 预置数 (15)3.2.1 拨码盘介绍 (16)3.3 时钟 (17)3.4 复位电路 (18)3.5 LED显示 (19)3.6 加热电路 (20)3.6.1 ULN2003介绍 (21)3.6.2 IGBT管介绍 (22)第四章 PID控制 (22)4.1 PID控制原理 (22)4.2 PID控制系统框图 (22)4.3 PID算法 (23)第五章单片机软件的设计 (26)5.1 总体软件设计流程图 (26)参考文献 (28)附录 (29)第一章绪论恒定温度的设备，被广泛地应用于生产、生活、实验等领域。

基于单片机的恒温箱控制系统设计恒温箱是一种用于保持物品恒定温度的设备，广泛应用于实验室、医院、工厂等场所。

为了更好地控制恒温箱的温度，我们可以设计一种基于单片机的恒温箱控制系统。

首先，我们需要选择适合的单片机。

常用的单片机有51系列、AVR 系列、STM32系列等。

在选择单片机时，需要考虑其性能、功耗、价格等因素。

在本设计中，我们选择STM32系列的单片机，因为它具有较高的性能和较低的功耗，同时价格也比较合理。

接下来，我们需要设计恒温箱的硬件电路。

恒温箱的硬件电路主要包括温度传感器、加热器、风扇等。

温度传感器可以选择DS18B20等数字温度传感器，它具有高精度、数字输出等优点。

加热器可以选择PTC加热器或电热丝等，它们可以根据需要进行控制。

风扇可以用于调节恒温箱内部的空气流动，以达到更好的温度均匀性。

然后，我们需要编写单片机的程序。

程序的主要功能是读取温度传感器的数据，根据设定的温度范围控制加热器和风扇的工作。

程序可以采用C语言编写，使用Keil或IAR等集成开发环境进行开发。

在编写程序时，需要注意程序的稳定性和可靠性，避免出现死循环、死机等问题。

最后，我们需要进行系统测试和调试。

测试时可以使用温度计等工具对恒温箱的温度进行实时监测，以验证系统的稳定性和准确性。

调试时需要根据测试结果对程序进行优化和调整，以达到更好的控制效果。

综上所述，基于单片机的恒温箱控制系统设计需要选择适合的单片机、设计恒温箱的硬件电路、编写单片机的程序以及进行系统测试和调试。

这种控制系统可以实现对恒温箱温度的精确控制，提高恒温箱的使用效率和稳定性。

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．课程设计进程安排序号课程设计各阶段名称日期、周次1 总体设计，硬件设计2012年12月24日~25日，17周2 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，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 20015．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%)。

基于单片机的恒温箱控制系统设计恒温箱是一种用于保持特定温度的设备，广泛应用于实验室、医疗、食品加工等领域。

为了实现对恒温箱的精确控制，我们可以利用单片机来设计一个智能的恒温箱控制系统。

我们需要选择合适的单片机作为控制核心。

常见的单片机有51系列、AVR系列、STM32系列等，我们可以根据实际需求选择合适的型号。

接下来，我们可以通过编程来实现对恒温箱的控制。

在编程之前，我们需要设计一个合适的硬件电路。

一个基本的恒温箱控制系统包括温度传感器、加热器、风扇、显示屏等组件。

温度传感器用于实时监测箱内温度，加热器和风扇用于调节箱内温度，显示屏用于显示当前温度和设定温度。

在编程方面，我们可以利用单片机的IO口和模拟输入输出功能来实现对各个组件的控制。

首先，我们需要通过温度传感器获取到当前的温度值。

然后，我们可以根据设定的温度范围来判断是否需要调节加热器或风扇。

如果当前温度低于设定温度，则启动加热器；如果当前温度高于设定温度，则启动风扇。

通过不断监测和调节，我们可以实现对恒温箱内温度的精确控制。

除了基本的温度控制功能，我们还可以加入一些其他的功能，以提升系统的智能化程度。

例如，我们可以设置定时开关机功能，实现按照设定的时间自动启动和关闭恒温箱。

我们还可以设计一个温度曲线显示功能，实时显示恒温箱内温度的变化趋势。

此外，我们还可以通过串口通信将实时温度数据传输到计算机上，方便用户进行数据分析和记录。

在系统设计过程中，我们需要考虑到安全性和稳定性。

首先，我们需要加入过温保护功能，当温度超过设定的安全范围时，系统会自动关闭加热器并发出警报。

其次，我们需要合理设计硬件电路，确保电路的稳定性和可靠性。

此外，我们还需要进行充分的测试和调试，确保系统工作正常并能够稳定运行。

基于单片机的恒温箱控制系统设计可以实现对恒温箱内温度的精确控制。

通过合理的硬件设计和编程，我们可以实现恒温箱的智能化控制，提升系统的功能和性能。

这不仅可以满足实验室、医疗、食品加工等领域对恒温箱的需求，还可以为科研人员提供一个稳定、可靠的实验环境。

西南科技大学计算机控制系统报告设计名称：恒温箱温度计算机控制系统设计姓名： XXX学号: XXX班级：自动09XX指导教师：聂诗良起止日期：2012.10.15--2012.11.15西南科技大学信息工程学院制设计任务书学生班级：自动0903 学生姓名：XXX 学号：2009XXX 设计名称：恒温箱温度计算机控制系统设计起止日期：10月15日——11月15日指导教师：聂诗良恒温箱温度计算机控制系统设计摘要：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AT89C51作为主控芯片，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：恒温，AT89S52 单片机，温度传感元件The incubator temperature computercontrol system designAbstract：The design from the actual application to select a small size, and relatively high accuracy digital temperature sensing element DS18B20 as temperature collector, AT89C51 microcontroller as the master chip, digital tube display output to achieve real-time measurement of temperature and constant control .Keyword:Thermostat. AT89S52 microcontroller;Temperature sensor element;1设计目的和意义利用AT89S52对温度进行控制，采用单总线传输方式的DS18B20作为温度传感器，与按键、液晶显示、报鸣器等外部辅助硬件共同组成一个温度控制系统，实现温度的自我调节。