恒温箱自动控制系统设计报告
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一、题目恒温箱PLC系统控制二、指导思想和目的要求1)通过毕业设计培养学生综合运用所学的基础理论、基础知识、基本技能进行分析和解决实际问题的能力。
2)使学生受到PLC系统开发的综合训练,达到能够进行PLC 系统设计和实施的目的。
3)使学生掌握利用PLC对温度进行PID控制方法。
三、主要技术指标1、选用三菱FX2N系列可编程控制器作为主机2、主要参数温度范围:200—1050℃控制精度:±1℃输入电压:AC200—240V消耗功率:2KW外形尺寸:40×45×45cm3、系统构成通过一个温度传感器检测恒温箱的温度值并把它转换成标准电流(或电压)信号后,送到A/D转换模块,转换成的数字信号输送到PLC主机。
PLC主机得到一个控制量,该控制量的大小决定PLC输出控制的继电器的导通时间,从而控制温度值的大小。
4、控制要求采用PID控制算法,使PLC控制的恒温箱的温度变化能按照给定的曲线运行,如图所示四、要求1.设计电气控制原理图。
2、进行PLC的选择及I/O分配。
3、设计PLC硬件系统。
4、对系统所需电气元器件选型,编制电气元件明细表。
5、PLC控制程序设计。
五、主要参考书及参考资料1、自动控制原理及系统2、PLC及应用、目录摘要 (1)第1章可编程控制器基础知识 (2)1.1 PLC的定义 (2)1.2 PLC的类型选择 (3)第2章可编程器的系统运用 (5)2.1恒温箱工艺过程及控制要求 (5)2.2模块功能指令 (9)2.2.1展热电阻/热电偶模块用法 (9)2.2.2系统输入输出控制 (10)第3章恒温箱工作的基本原理 (13)3.1恒温箱工作原理 (13)3.2控制系统温度采集 (17)3.3恒温控制装置PLC接线图 (19)3.4系统的配置及I/O地址 (20)3.5梯形图(附录) (21)总结 (22)致谢 (23)附录 (24)参考文献 (31)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。
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。
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,采用了TL431组成2.5V的恒流源,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 2.5 V constant and Pt100 temperature sensor for testing temperature. At last, we collecte data througn theICL7135 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 simulation experiment 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毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
水箱恒温控制系统的设计[摘要]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。
本设计是基于STC89C521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:温度传感器、显示、控制和报警的设计;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。
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,进行数码管显示,当加热到设定值后立刻报警。
另外,本系统通过软件实现对按键误差、加热过冲的调整,以提高系统的安全性、可靠性和稳定性。
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STC89C52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。
The Design of Refrigerator Door Shell Shaping ControlSystemAbstract:The system makes use of the single chip STC89C52 as the temperature controlling center, uses numeral thermometer DS18B20 which transmits as 1-wire way as the temperature sensor, through the pressed key, the numerical code demonstrated composite of the man-machine interactive connection ,to realize set and adjust the initial temperature value. After the system works, the digital tube will demonstrate the temperature value, when temperature arriving to the setting value, the buzzer will be work immediately. In addition, the system through the software adjusting to the pressed key error, and the excessively hutting. All of these are in order to enhance the system’s security, reliability and stability.第一章·绪论1.1课题研究的背景温度是工业上常见的被控参数之一,特别是在冶金、化工、建材、食品加工、机械制造等领域,恒温控制系统被广泛应用于加热炉、热处理炉、反应炉等。
SJ003-12016 届毕业设计(论文)开题报告二级学院:电气与光电工程学院班级:12测二学生:宋苏悦学号:12050213指导教师:鲍玉军职称:副教授课题名称嵌入式恒温培养箱设计课题类型 毕业设计□毕业论文起止时间2016。
2.22~6.24开题报告(毕业设计:含课题来源及现状、设计要求、工作内容、设计方案、技术路线、预期目标、时间安排及参考文献等。
字数为3000以上。
)一、课题来源及现状随着计算机控制技术的发展,恒温控制已经在工业生产领域中得到了广泛应用,并取得了巨大的经济和社会效益。
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。
智能恒温箱的性能在很大程度上取决于对温度的控制性能,本课题采用单片机为主控制器,通过热电式传感器测得箱内温度,再将温度信号送入主控制器,来完成恒温箱的温度控制系统的硬件。
箱内温度可保持在设定的温度范围内,当设置的温度低于实时温度时,单片机送出加热信号;当设置的温度低于实时温度时,单片机送出制冷信号,实现恒温箱的自动温度控制.在不同的领域内,由于控制环境、目标等因素,需要针对具体情况来设计系统的机构和功能,以取得最佳的控制效果。
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。
虽然温度控制系统在国内各行业的应用十分广泛,但从国内生产的温度控制器及技术来讲,其发展水平仍然不高,同国外的日本、美国、德国等先进国家相比,仍然有较大的差距。
我国目前在恒温控制技术这方面的技术水平处于20世纪80年代中后期水平,只能适应于一般的温度系统控制.我国对于温度测控技术的研究较晚,始于20世纪80年代。
我国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上,才掌握了温度室内微机控制技术,该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。
一、题目恒温箱PLC系统控制二、指导思想和目的要求1)通过毕业设计培养学生综合运用所学的基础理论、基础知识、基本技能进行分析和解决实际问题的能力。
2)使学生受到PLC系统开发的综合训练,达到能够进行PLC 系统设计和实施的目的。
3)使学生掌握利用PLC对温度进行PID控制方法。
三、主要技术指标1、选用三菱FX2N系列可编程控制器作为主机2、主要参数温度范围:200—1050℃控制精度:±1℃输入电压:AC200—240V消耗功率:2KW外形尺寸:40×45×45cm3、系统构成通过一个温度传感器检测恒温箱的温度值并把它转换成标准电流(或电压)信号后,送到A/D转换模块,转换成的数字信号输送到PLC主机。
PLC主机得到一个控制量,该控制量的大小决定PLC输出控制的继电器的导通时间,从而控制温度值的大小。
4、控制要求采用PID控制算法,使PLC控制的恒温箱的温度变化能按照给定的曲线运行,如图所示四、要求1.设计电气控制原理图。
2、进行PLC的选择及I/O分配。
3、设计PLC硬件系统。
4、对系统所需电气元器件选型,编制电气元件明细表。
5、PLC控制程序设计。
五、主要参考书及参考资料1、自动控制原理及系统2、PLC及应用、目录摘要 (1)第1章可编程控制器基础知识 (2)1.1 PLC的定义 (2)1.2 PLC的类型选择 (3)第2章可编程器的系统运用 (5)2.1恒温箱工艺过程及控制要求 (5)2.2模块功能指令 (9)2.2.1展热电阻/热电偶模块用法 (9)2.2.2系统输入输出控制 (10)第3章恒温箱工作的基本原理 (13)3.1恒温箱工作原理 (13)3.2控制系统温度采集 (17)3.3恒温控制装置PLC接线图 (19)3.4系统的配置及I/O地址 (20)3.5梯形图(附录) (21)总结 (22)致谢 (23)附录 (24)参考文献 (31)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。
基于单片机的恒温箱智能控制系统的设计方案1 引言近年来为了保证产品的质量,各个行业行为规就越来越高,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]。
本系统所设计、研发的数字恒温箱能非常好地解决这些问题。
温度的控制系统是自动控制系统较为复杂的控制,其控制的滞后性是整个系统中最难克服的难题,因为温度的变化是纯滞后环节,而温度的控制也是一个惯性大,应变慢的控制对象[2]。
在温度的控制系统中一般用到的是较为先进的控制系统理论和控制算法。
本系统中采用了PID算法,其算法应用到了系统软件的设计中,对整个加热过程使用模糊PID控制方案,对于加热过程中所产生的各种干扰和恒温箱的惯性问题都进行了分析[3]。
恒温箱的智能控制系统采用半导体集成温度传感器满足温度测量要求,温度传感器将采集的温度信号转换成电流信号,然后再由转换电路将电流信号转换为电压信号,通过放大电路和模/数转换芯片将电压信号转换成数字信号,由单片机处理后,将测量得到的温度值显示于液晶显示器上。
系统的全部输入输出控制集中由单片机统一管理,各有关运行参数的设定,可通过键盘输入,设定温度、箱温实时值在液晶显示模块上显示,操作方便。
该系统具有实时温度显示和温度设定功能,还具有温度上、下限报警和自动控制功能。
当温度高于或低于设定值一定程度时,发出生光报警,消除由于单片机系统意外失控所造成的危险,提高了恒温箱工作的可靠性和使用安全性。
设计任务为:用单片机设计一个控制温度围在30℃~80℃的智能温度控制系统。
设计要求:完成该系统的软硬件设计,学习掌握单片机采集测控系统的设计方法,提高学习新知识、新技能的能力,培养独立设计的能力。
2 系统设计分析2.1 系统功能分析恒温箱的智能控制系统由核心处理模块、温度采集模块、键盘输入模块、液晶显示模块、及控制执行模块等组成。
摘要在此次设计中,主要是设计一套能够精确控制温度的恒温箱温度控制系统。
该系统能够实时、自动、准确的测量恒温箱内的温度,然后通过加热和降温将温度控制在设定的误差范围内。
恒温箱在各个领域里都有很重要的意义,但其控制系统又较为复杂,基本上不可能用数学的方法建立准确的模型。
当前是用经典控制和智能控制两种控制算法相结合的方式对温度进行高效的控制。
我们采用STC12C5A60S2单片机作为核心控制器,温度测量采用数字温度传感器,使用PID控制,输出控制用量的调节用的是可控硅触发端的通断,从而实现对温度的控制。
温度在一定范围内可以由人工调节,并能在环境温度降低时实现自动调整。
这样将PID和单片机结合使用,可以将整个控制系统的精度提高,将误差减小。
PID算法是经典的控制算法,在实际的控制中有着很高的地位。
PID算法相对简单,控制精度高。
但是PID调节的参数无法适应系统很长时间,需要对参数不断的整定,以达到更好的控制效果。
该算法最重要的是怎样合理有效的整定其参数,针对这种情况我们就要对其进行仿真建模,通过MATLAB找到更好的解决方法,以免浪费不必要的时间,有效的提高了设计效率,也使控制性能可以达到预期的效果。
关键词:恒温箱;温度控制;MATLAB;PIDThis paper is mainly to design a set of temperature control system that can control the temperature of incubators precisely. This system is capable in automatically and accurately measuring the temperature inside the oven in real-time and control the temperature within the setting error range by heating and cooling. Incubators have a very important significance in various fields. Due to its complication in the control system, basically it is impossible to mathematically establish a mode accurately. The current used algorithm control method is the classical control method and intelligent control method. By combining these two algorithms, an effective control on the temperature is achieved.STC12C5A60S2 microcontroller is used as the core controller. The temperature measurement is done by using PID control on the digital temperature sensor. The amount of output is control by using the trigger of SCR, where the temperature control is achieved. The temperature can be adjusted manually within certain range and it can adjust automatically when the ambient temperature decreases. The combination of usage of PID and microcontroller can increase the accuracy of the control system and therefore reduce the errors.PID is a classical algorithm and control algorithms. It has a very high status in the actual control system. The PID algorithm is relatively simple and has high precision of control. But in order to achieve a better control effect, The PID parameters need a constant tuning and they are unable to adapt in the system for a longer time. Therefore is it important for finding a reasonable and effective tuning for the parameters in which we have to modeling and stimulation. In order to find a better solution without wasting much time, MATLAB is used and this has effectively improve the design efficiency and the control performance achieved the desired results.Key words: Incubators; Temperature control; MATLAB; PID control摘要 (I)Abstract (II)引言 (1)1 绪论 (2)1.1 课题背景,目的和意义 (2)1.2 国内外研究现状 (2)1.3 发展方向 (3)1.4 本章小结 (3)2 恒温箱温度控制系统的总体设计 (4)2.1 恒温箱温度控制系统设计的研究内容与基本要求 (4)2.1.1恒温箱温度控制系统设计的研究内容 (4)2.1.2恒温箱温度控制系统设计的基本要求 (4)2.2 恒温箱温度控制系统的基本工作原理 (4)2.3 控制方案的选择 (5)2.3.1比例控制(P) (5)2.3.2比例积分控制(PI) (6)2.3.3比例微分控制(PD) (6)2.3.4比例积分微分控制(PID) (7)2.4 PID的特点与参数的整定 (8)2.4.1PID调节器的特点 (8)2.4.2PID调节器参数的整定 (8)2.5 本章小结 (9)3 恒温箱温度控制系统的硬件电路的设计 (10)3.1 元器件的选择 (10)3.1.1温度传感器的选择 (10)3.1.2电线的选择 (10)3.1.3显示器的选择 (11)3.1.4 稳压器的选择 (11)3.1.5按键的选择 (12)3.1.6加热负载控制器件的选择 (12)3.1.7核心控制器的选择 (13)3.2 单片机电路的设计 (13)3.3 显示电路的设计 (14)3.4 按键电路的设计 (15)3.5 报警电路的设计 (16)3.6 稳压电路的设计 (16)3.7 过零检测电路 (17)3.8 加热器件驱动电路 (18)3.8.1光电耦合器介绍 (18)3.8.2 可控硅介绍 (18)3.8.3 可控硅驱动电路设计 (19)3.9 热电偶信号处理电路 (20)3.9.1热电偶的基本工作原理 (20)3.9.2MAX6675的介绍 (20)3.9.3热电偶信号处理电路的设计 (21)3.10 模拟样机硬件的制作 (22)3.11本章小结 (22)4 温度控制系统的软件设计 (23)4.1 检测模块设计 (23)4.1.1按键模块程序设计 (23)4.1.2温度检测程序设计 (24)4.2 控制模块程序设计 (24)4.3 显示模块程序设计 (25)4.4 PID程序设计 (26)4.5 系统整体设计 (26)4.6 模拟样机的软件设计 (27)4.7 本章小结 (27)5 恒温箱温度控制系统的建模与仿真 (28)5.1 恒温箱温度控制系统的数学建模 (28)5.2 控制系统的仿真 (28)5.2.1 MATLAB的简介 (28)5.2.2 Simulink的简介 (29)5.2.3PID控制及仿真 (29)5.3 本章小结 (31)6 总结 (32)6.1 结论 (32)6.2 心得体会 (32)谢辞 (33)参考文献 (34)附录一模拟样机程序 (35)附录二元器件清单 (38)附录三模拟样机的温度控制系统的PCB图 (39)引言恒温箱的应用非常广泛。
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 0第二章总体方案设计 (1)2.1 方案一 (1)2.2 方案二 (2)第三章单元模块设计 (3)3.1数字温控芯片DS18B20介绍 (3)3.1.1 DS18B20的内部结构 (4)3.1.2 DS18B20的外形及引脚说明 (6)3.1.3 DS18B20温度传感器的存储器 (7)3.1.4 DS18B20的特性 (9)3.1.5 DS18B20工作原理 (10)3.1.6 DS18B20使用中注意事项 (13)3.2 预置数 (14)3.2.1 拨码盘介绍 (15)3.3 时钟 (16)3.4 复位电路 (17)3.5 LED显示 (18)3.6 加热电路 (19)3.6.1 ULN2003介绍 (20)3.6.2 IGBT管介绍 (21)第四章 PID控制 (21)4.1 PID控制原理 (21)4.2 PID控制系统框图 (21)4.3 PID算法 (22)第五章单片机软件的设计 (25)5.1 总体软件设计流程图 (25)参考文献 (27)附录 (28)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。
.课程设计题目:单片机恒温箱温度控制系统的设计本课程设计要求:本温度控制系统为以单片机为核心,实现了对温度实时监测和控制,实现了控制的智能化。
设计恒温箱温度控制系统,配有温度传感器,采用DS18B20数字温度传感器,无需数模拟∕数字转换,可直接与单片机进行数字传输,采用了PID控制技术,可以使温度保持在要求的一个恒定范围内,配有键盘,用于输入设定温度;配有数码管LED用来显示温度。
技术参数和设计任务:1、利用单片机AT89C2051实现对温度的控制,实现保持恒温箱在最高温度为110℃。
2、可预置恒温箱温度,烘干过程恒温控制,温度控制误差小于±2℃。
3、预置时显示设定温度,恒温时显示实时温度,采用PID控制算法显示精确到0.1℃。
4、温度超出预置温度±5℃时发出声音报警。
5、对升、降温过程没有线性要求。
6、温度检测部分采用DS18B20数字温度传感器,无需数模拟∕数字转换,可直接与单片机进行数字传输7、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。
一、本课程设计系统概述1、系统原理选用AT89C2051单片机为中央处理器,通过温度传感器DS18B20对恒温箱进行温度采集,将采集到的信号传送给单片机,在由单片机对数据进行处理控制显示器,并比较采集温度与设定温度是否一致,然后驱动恒温箱的加热或制冷。
2、系统总结构图总体设计应该是全面考虑系统的总体目标,进行硬件初步选型,然后确定一个系统的草案,同时考虑软硬件实现的可行性。
总体方案经过反复推敲,确定了以美国Atmel公司推出的51系列单片机为温度智能控制系统的核心,并选择低功耗和低成本的存储器、数码显示器等元件,总体方案如下图:图1系统总体框图二、硬件各单元设计1、单片机最小系统电路单片机选用Atmel公司的单片机芯片AT89C2051 ,完全可以满足本系统中要求的采集、控制和数据处理的需要。
单片机的选择在整个系统设计中至关重要,该单片机与MCS-51系列单片机高度兼容、低功耗、可以在接近零频率下工作等诸多优点,而广泛应用于各类计算机系统、工业控制、消费类产品中。
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。
2)显示方案选择:
方案一:温度的显示可以用数码管,但数码管只能显示简单的数字,它有电
路复杂,占用资源较多,显示信息少等缺点。
方案二:LCD12864汉字图形点阵液晶显示模块,可显示汉字及图形,内置
8192个中文汉字,128个字符及64×256点阵显示RAM。可显示内容:128列×
64行,多种软件功能:光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等。我们
设计的系统需要显示更多的信息,所以考虑显示功能更好的液晶显示,要求能显
示更多的数据,增强显示信息的可读性,看起来更方便。所以选择方案二。
LCD12864接线方法如图二所示:
图二、LCD12864接线图
3)声光报警系统
采用蜂鸣器及三色LED组成声光报警系统。制冷时LED为红色,温度达到控
制要求且上下浮动在1℃以内时为绿色,升温时为黄色。温度到达给定值的同时,
蜂鸣器发出报警提示音。
二、理论分析与计算
实现温度的实时显示是由计算温度子程序将 RAM 中读取值进行 BCD 码的
转换运算,并进行温度值正负的判定,从DS18B20读取出的二进制值必须先转换
成十进制值,才能用于字符显示。因为 DS18B20 的转换精度为 9-12 位可选的,
为了提高精度采用12位。在采用12位转换精度时,温度寄存器里的值是以
0.0625为步进的,即温度值为温度寄存器里的二进制值乘以 0.0625,就是实际
的十进制温度值。
计算温度子程序流程图如图三:
图三、温度子程序流程
三、系统硬件电路设计
首先确定系统总体结构,再逐个设计所需电路。
10×10(mm)恒温室,为是室内温度与外界隔绝好,我们采用厚泡沫板做箱
体,温度传感器嵌入箱内并固定在箱内中间位置;
单片机主控电路模块;
单片机最小系统接线如图四:
开始
高于设
定值
制冷
加热
等于设
定温度
停止加热
或制冷
返回
N
O
Yes
Yes
N
O
图四、单片机最小系统接线图
电源电路模块,设计有5V,6V,9V,12V等不同输出电压以满足各部分电压
需求;
控制制冷片工作的继电器模块;
键盘输入模块,可输入二位十进制数,输入范围为5~35,超出范围时会给
出错误提示;
输出显示模块;
声光报警系统,
蜂鸣器接线图如图五:
图五、蜂鸣器接线图
程序下载电路如图六示:
图六、下载电路
四、系统软件程序设计
4.1主程序
系统主程序首先对系统进行初始化,包括设置定时器、端口;开机画面显示
系统程序不断循环执行显示效果:
#include
#include
#include"12864.h"
#include"delay.h"
#include"18B20.h"
#include"AVR_128.h"
#include"key_scan.h"
#define WATERON PORTE|=0x01;
#define WATEROFF PORTE&=~0x01;
#define WIND_FREEZEON PORTE|=0x02;
#define WIND_FREEZEOFF PORTE&=~0x02;
#define HEETON PORTE|=0x04;
#define HEETOFF PORTE&=~0x04;
void main()
{
uint wendu;
uchar aa,bb,a1=0,a2=0,b1=0,b2=0,b3=0,m1=0,n1=0,a,b,c;
DDRA=0xf0;
PORTA=0xff;
DDRG=0xff;
PORTG=0xff;
DDRE=0xff;
PORTE=0xf0;
PORT_Init(); //端口初始化
Lcd_Init(); //初始化LCD
Clear_All();
TCCR1B=0X05; //1024分频
TCNT1H=0Xc2; //设定初值,定时一分钟
TCNT1L=0Xf6;
TIMSK|=BIT(2);
Write_LCD(0,1,"当前温度:");
Write_LCD_lib(4,1,a); //显示转换的结果在
12864上表示出来
Write_LCD_lib(5,1,b);
Write_LCD(6,1,".");
Write_LCD_lib(7,1,c);
WATERON;
}
}
}
五、测试方法与实验数据
5.1 硬件和软件的调试
1、硬件调试时,可先检查印制板及焊接的质量是否符合要求,有无虚焊点
及线路间有无短路、断路。然后用万用表检测,检查无误后,可通电检查 LCD 液
晶显示器亮度情况,一般情况下取背光电压为 4~5.5V 即可得到满意的效果,再
依次检查各部分结构安装是否牢固。
2.软件调试是在ICCAVR编译器下进行,源程序编译及仿真调试应分段或以
子程序为单位逐个进行,最后结合硬件实时调试。
子程序调试包括:
1).LCD12864显示程序;
2).延时函数子程序;
3).DS18B20读出温度子程序、温度转换命令子程序、计算温度子程序、显
示数据刷新子程序。
5.2 实验数据及结果分析
1、实验数据
降温过程:
温度范围(℃) 33~28 28~23 23~18 18~13 13~8
变化时间(S) 21 26 37 57 85
稳定在5℃时,一分钟内温度浮动最大为0.7℃。
升温过程:
温度范围(℃) 5~10 10~15 15~20 20~25 25~30
变化时间(S) 18 23 34 52 74
稳定在30℃时,一分钟内温度浮动最大为0.9℃。
2、结果分析
升、降温过程中每变化15℃所用时间均未超过3分钟,满足设计要求,但
是从数据可以看出,温度在向室温方向变化时的速度要快于背离室温变化时的速
度,说明外界温度对恒温箱内温度还是有一定的影响,不可消除。
六、报告总结
本恒温箱的温度可调范围:3~35℃,温度误差小,温度显示稳定。可显示当
前温度、设定温度、温度差值;设定温度通过3×4矩阵键盘输入,当温度达到
设定值时启动蜂鸣器,指示灯变为绿色。
【参考文献】
1. 单片机原理与控制技术 (第二版) 张志良主编
2. 单片机机开发技术与实训 黄庆华、张永格、主编
3. 高频电路原理与分析 (第二版) 曾兴雯、刘乃安、陈键、编著
4. 电子线路设计〃实验〃测试(第二版) 谢自美、主编
5 全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编 (06/07/08年)
6 电子线路设计应用手册 张友汉主编
7 单片机基础. 李广弟主编