【正文】 5 參考文獻(xiàn) 36 附件1 總體硬件原理圖 37 附件2 程序清單 38 46 前言溫度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會生活的各個領(lǐng)域 ，如家電產(chǎn)品、汽車、材料、電力電子等 ，常用的控制電路根據(jù)應(yīng)用場合和所要求的性能指標(biāo)有所不同 ，在工業(yè)企業(yè)中，如何提高溫度控制對象的運(yùn)行性能一直以來都是控制人員和現(xiàn)場技術(shù)人員努力解決的問題，開發(fā)出性能較好的溫度控制系統(tǒng)對于測控技術(shù)的發(fā)展具有很大的意義。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通過單跳數(shù)據(jù)線就可以和主電路連接，故可以把數(shù)字溫度傳感器DS18B20做成探頭，探入到狹小的地方，增加了實(shí)用性。由于它具有體積小、功能強(qiáng)、性價比高等特點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于電子儀表、家用電器、節(jié)能裝置、軍事裝置、機(jī)器人、工業(yè)控制等諸多領(lǐng)域，使產(chǎn)品小型化。智能恒溫箱的溫度是醫(yī)療、工業(yè)生產(chǎn)和食品加工等領(lǐng)域的關(guān)鍵，因此對溫度的測量及控制始終占據(jù)著重要的地位。近年來，國內(nèi)傳感器正向著集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和單片機(jī)的方向發(fā)展，為開發(fā)新一代溫度測量系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件。隨著單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，通過單片機(jī)對被控制對象控制日益廣泛，具有體積小、功能強(qiáng)、性價比高等特點(diǎn)，把單片機(jī)應(yīng)用于溫度控制系統(tǒng)中可以起到更好的控溫作用，智能恒溫箱是使用單片機(jī)進(jìn)行溫度控制的典型應(yīng)用，采用單片機(jī)做主控單元可完成對溫度的采集和控制等的要求。 課題研究的內(nèi)容本次課題只設(shè)計溫度采集，溫度顯示，和溫度控制信號的送出部分，對于如何保溫，如何加熱和制冷不在此次設(shè)計的范圍內(nèi)。在顯示電路上通常顯示的是實(shí)時的溫度，即傳感器采集來的溫度，如果想要顯示人們設(shè)定的預(yù)期溫度可以按顯示切換鍵，這時顯示器上就會顯示預(yù)期溫度，幾秒鐘后跳回，顯示實(shí)時溫度。簡要介紹了智能恒溫箱的發(fā)展現(xiàn)狀，說明了課題研究的內(nèi)容。詳細(xì)描述了本課題各個組成電路單元的設(shè)計。安裝軟件，設(shè)置軟件并錄入程序調(diào)試。2 恒溫箱的系統(tǒng)概述 系統(tǒng)的主要功能本系統(tǒng)是借用單片機(jī)采用模塊化設(shè)計的智能恒溫箱，包括溫度設(shè)定按鈕、溫度顯示、溫度調(diào)節(jié)、實(shí)時溫度顯示和預(yù)定溫度顯示轉(zhuǎn)換按鈕、溫度采集等（根據(jù)需要也可另設(shè)或者多設(shè)相關(guān)功能）。調(diào)節(jié)好后系統(tǒng)會將采集來的實(shí)時溫度與設(shè)定的預(yù)期溫度進(jìn)行比較，如果實(shí)時溫度比設(shè)定溫度高就開啟制冷設(shè)備，如果實(shí)時溫度比預(yù)期溫度低就開啟加熱設(shè)備。而顯示預(yù)期溫度的時候，表示顯示的是預(yù)期溫度的發(fā)光二極管點(diǎn)亮。~99℃的范圍內(nèi)，人們可以自由調(diào)節(jié)預(yù)期達(dá)到的溫度。 智能恒溫箱的工作流程智能恒溫箱的基本工作原理：在使用恒溫箱時，系統(tǒng)會將從溫度傳感器采集來的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為攝氏度的形式，與事先設(shè)定的預(yù)期溫度進(jìn)行對比，然后根據(jù)比對的結(jié)果采取相應(yīng)的措施（加熱，或制冷）來不斷地接近以至于達(dá)到預(yù)期的溫度。0℃時再減1℃會跳到99℃，99℃時再加1℃會跳到0℃。將存儲的實(shí)時溫度顯示在LED數(shù)碼管上。總而言之，本課題利用80C51單片機(jī)及外圍接口實(shí)現(xiàn)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計了恒溫箱，該恒溫箱提高了系統(tǒng)的可靠性，簡化了電路結(jié)構(gòu)，節(jié)約了成本，是一個實(shí)用的工程設(shè)計。3 智能恒溫箱的硬件設(shè)計 MCS51單片機(jī)簡介單片微型計算機(jī)簡稱為單片機(jī)，又稱為微型控制器，是微型計算機(jī)的一個重要分支。 ~ P1口8位雙向口線（在引腳的1~8號端子）。 P0口有三個功能： 外部擴(kuò)展存儲器時，當(dāng)作數(shù)據(jù)總線（芯片中的D0~D7為數(shù)據(jù)總線接口） 外部擴(kuò)展存儲器時，當(dāng)作地址總線（芯片中的A0~A7為地址總線接口） 不擴(kuò)展時，可做一般的I/O使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時應(yīng)在外部接上拉電阻。 在介紹這四個I/O口時提到了一個“上拉電阻”那么上拉電阻又是什么呢？他起什么作用呢？都說了是電阻那當(dāng)然就是一個電阻，當(dāng)作為輸入時，上拉電阻將其電位拉高，若輸入為低電平則可提供電流源；所以如果P0口如果作為輸入時，處在高阻抗?fàn)顟B(tài)，只有外接一個上拉電阻才能有效。在沒有訪問外部存儲器期間，ALE以1/6振蕩周期頻率輸出（即6分頻），當(dāng)訪問外部存儲器以1/12振蕩周期輸出（12分頻）。 內(nèi)部ROM讀取時，PSEN不動作； 外部ROM讀取時，在每個機(jī)器周期會動作兩次； 外部RAM讀取時，兩個PSEN脈沖被跳過不會輸出； 外接ROM時，與ROM的OE腳相接。 8751燒寫內(nèi)部EPROM時，利用此腳輸入21V的燒寫電壓。 VCC：電源+5V輸入 VSS：GND接地。選用片內(nèi)程序空間足夠大的單片機(jī)，本設(shè)計采用80C51單片機(jī)。如果有大批數(shù)據(jù)需要處理，則應(yīng)配置足夠的RAM，如62662256等。如果有些新的信號需要采集，就必須增加輸入檢測端：有些物理量需要控制，就必須增加輸出端。此電路大約延遲10ms后振蕩器起振，在XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為3V左右的正弦波時鐘信號，其振蕩頻率主要由石英晶體的頻率確定。圖中時鐘頻率為12MHz，即fosc=12MHz，則時鐘周期為1/12μs。手動復(fù)位時，按一下圖中的按鈕即可，當(dāng)按鍵按下的時候，單片機(jī)的9腳RST管腳處于高電平，此時單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)。以下將對顯示電路的各個部件及整體設(shè)計做詳細(xì)的介紹。，外部有10個引腳，其中1和6引腳連通，作為公共端接地。對于共陰極數(shù)碼管，由于8個發(fā)光二極管的陰極已連在一起接地，所以，只要控制各字段的正極，就可以控制發(fā)光二極管的亮與滅。而所謂動態(tài)掃描就是指我們采用分時的方法，輪流控制各個LED數(shù)碼管的公共端，使各個顯示器輪流點(diǎn)亮。若要以開關(guān)作為輸入電路，通常會接一個電阻到Vcc或GND，做上拉電阻或下拉電阻。 按鍵抖動電壓波形按鍵開關(guān)輸入需要解決的兩個主要問題是判斷是否有按鍵按下和消除按鍵抖動的影響。 指示燈電路在實(shí)時溫度和設(shè)定溫度切換時，為了明白LED數(shù)碼管顯示的是哪種溫度，可以用兩個發(fā)光二極管來指示，如果標(biāo)有“實(shí)時溫度”標(biāo)記的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，則表示數(shù)碼管顯示的是實(shí)時溫度，如果標(biāo)有“設(shè)定溫度”標(biāo)記的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，則表示數(shù)碼管顯示的是設(shè)定溫度。DS18B20內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器是一個振蕩頻率隨溫度變化很小的振蕩器，為計數(shù)器1提供一個頻率穩(wěn)定的計數(shù)脈沖。兩個發(fā)光二極管“HEAT”和“COOL”分別表示傳送給加熱器和制冷器的啟動信號。圖中有兩個七段共陰數(shù)碼管，~。在設(shè)計過程中，實(shí)現(xiàn)溫度控制的是通過編寫程序的方法集成在80C51內(nèi)部。從軟件的功能來看可分為兩大類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實(shí)質(zhì)性的功能，如測量，計算，顯示，打印，輸出控制和通信等；另一類是監(jiān)控軟件，它是專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系，使在系統(tǒng)軟件中充當(dāng)組織調(diào)度角色的軟件。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以設(shè)計監(jiān)控程序了。軟件任務(wù)分析的另一個內(nèi)容是如何安排監(jiān)控軟件和執(zhí)行模塊。 程序流程圖在本程序中包括了以下主要的程序：主程序，溫度設(shè)定子程序，溫度讀取及轉(zhuǎn)換子程序，顯示溫度子程序，比較溫度子程序，顯示切換子程序。 目標(biāo)文件新建示意圖選擇控制芯片類型，本設(shè)計采用Intel 80C51，在【Select Device for Target ‘Target 1’】對話框中選擇80C51BH。點(diǎn)擊【Output】選項卡，勾選【Create HEX File】，點(diǎn)擊【確定】保存。 PROTEUS軟件調(diào)試打開PROTEUS軟件，執(zhí)行【文件】|【新建】命令，或者使用快捷鍵“Ctrl+N”新建DSN文件。PROTEUS電器檢測并生成元器件清單。選擇【材料清單】，生成材料清單。 80C51設(shè)置示意圖執(zhí)行【調(diào)試】|【開始/重啟動調(diào)試】命令，或者使用快捷鍵“Ctrl+F12”調(diào)試電路。本設(shè)計在默認(rèn)狀態(tài)下設(shè)定溫度為20攝氏度。通過插圖具體分析仿真流程。設(shè)計是以80C51單片機(jī)為核心進(jìn)行的，數(shù)據(jù)采樣模塊采用可直接輸出數(shù)字量的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，使系統(tǒng)的軟、硬件都簡化了很多；采用繼電器驅(qū)動模塊作為為系統(tǒng)的降溫部分，大大地簡化了系統(tǒng)硬件電路。致謝本課題是在孫莉莉老師的悉心指導(dǎo)下完成的，從論文的選題、系統(tǒng)設(shè)計、到修改定稿都沒有離開孫老師的無私幫助，通過本次設(shè)計，本人在孫老師的指引下學(xué)到了許多知識，這些是在平時的學(xué)習(xí)中得不到的知識，她嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)識和悉心的指導(dǎo)使我受益非淺。成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院的老師們，在平時嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)和勤懇的教育，讓我在平時打下堅實(shí)的基礎(chǔ)，才能順利完成本次設(shè)計，可以說沒有你們的教誨和指導(dǎo)，我們也不會取得今天的成績