【正文】 的測量精度。其中 Rt 是溫度為 t 攝氏度時的電阻；R0 是溫度為 0 攝氏度時的電阻；t 為任意溫度值，A，B 為溫度系數(shù)。在 0—100 攝氏度時，最大非線性偏差小于 攝氏度。方案二：采用溫度傳感器鉑電阻 Pt1000。（4）可以將實時溫度與設(shè)定溫度進(jìn)行比對，以調(diào)節(jié)溫度。 （2）在0~125℃的范圍內(nèi)，人們可以自由調(diào)節(jié)預(yù)期達(dá)到的溫度。 （4）程序設(shè)計中運用PID算法保證精確控制。 （2）單片機(jī)和溫度傳感器的接口電路設(shè)計。 設(shè)計思路分析 設(shè)計51單片機(jī)的恒溫箱控制系統(tǒng)設(shè)計時，需要考慮下面4個方面的內(nèi)容： （1）選擇合適的溫度傳感器芯片。本文將采用一種數(shù)字溫度傳感器DS18B20來實現(xiàn)基于51單片機(jī)的恒溫箱控制系統(tǒng)設(shè)計。溫度控制器主要實現(xiàn)對恒溫箱溫度的控制，并滿足不同用戶的個性需求。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，單片微處理器功能日益增強(qiáng)，價格低廉，在各方面得到廣泛應(yīng)用。單片機(jī)的接口信號是數(shù)字電信號，要想用單片機(jī)獲取溫度這類非電信號的信息，毫無疑問，必須使用溫度傳感器。編寫程序。詳細(xì)描述了本課題各個組成電路單元的設(shè)計。說明了恒溫箱的工作過程和主要功能，介紹了設(shè)計中需要用的單片機(jī)的基礎(chǔ)知識。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。以當(dāng)今控制技術(shù)的發(fā)展智能控制溫控器將會很快取代傳統(tǒng)式電子產(chǎn)品。這類智能恒溫箱產(chǎn)品改善了人機(jī)交互界面，解決了“溫度設(shè)定分度值過粗”等問題，但仍存在“控制精度不高”、“時間常數(shù)大”、“操作較復(fù)雜”等問題。 國內(nèi)恒溫箱的現(xiàn)狀多為傳統(tǒng)式電子產(chǎn)品，而國外溫度控制技術(shù)發(fā)展較為成熟。顯示一般有數(shù)碼管和液晶顯示。所以單片機(jī)深入了各個領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用。到了1982年后到1990年，8位的單片機(jī)得到鞏固發(fā)展，以及16位單片機(jī)推出。單片機(jī)是一種集成電路的芯片?，F(xiàn)在工業(yè)需要高精度的電器也越來越多。ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器有8位，12，14，16，24位等。這樣可控制的溫度范圍有所加大，溫度控制的精度也逐步提高。在德國西門子發(fā)明了鉑電阻，后在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下相繼開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。溫度檢測系統(tǒng)一般使用溫度傳感器。恒溫箱的控制系統(tǒng)從開始的由人工調(diào)節(jié)達(dá)到需要的溫度及控制，到現(xiàn)在發(fā)展到采用單片機(jī)的自動控制其溫度。恒溫箱不管是在生活上，還是在工業(yè)上都有著巨大的經(jīng)濟(jì)效益。箱內(nèi)溫度可保持在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)，當(dāng)設(shè)置的溫度低于實時溫度時，單片機(jī)送出加熱信號；當(dāng)設(shè)置的溫度高于實時溫度時，單片機(jī)送出停止信號。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，增加了實用性，更能串接多個數(shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行多范圍的溫度檢測。 課題內(nèi)容 本設(shè)計采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，其內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器，使得電路結(jié)構(gòu)更加簡單，而且減少了溫度測量轉(zhuǎn)換時的精度損失，使得測量溫度更加精確。利用微機(jī)對溫度進(jìn)行測控的技術(shù)，也便隨之而生，并得到日益發(fā)展和完善，越來越顯示出其優(yōu)越性。因而，對溫度的測控方法多種多樣。 課題意義 溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的過程控制，特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用，其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因而設(shè)計一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價值的。溫度控制器主要實現(xiàn)對恒溫箱溫度的控制，并滿足不同用戶的個性需求。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，單片微處理器功能日益增強(qiáng)，價格低廉，在各方面得到廣泛應(yīng)用。常規(guī)方法測量溫度誤差大、準(zhǔn)確度低、測量滯后的時間長。市場上常見的溫度傳感器以電壓輸出為主要形式，不同的的傳感器其非線性曲線也各不相同，缺乏一個產(chǎn)品應(yīng)具備的通用性和互換性。同時，它也不斷地完善和發(fā)展。智能化，既提高了產(chǎn)品的功能和質(zhì)量，又降低了成本，簡化了設(shè)計。本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）單片機(jī)控制自動恒溫箱畢業(yè)設(shè)計論文目 錄第1章 緒論 1 課題背景 1 課題意義 1 課題內(nèi)容 2 恒溫箱的發(fā)展與趨勢 2 本文結(jié)構(gòu)安排 3第2章 系統(tǒng)概述 4 設(shè)計思路分析 4 系統(tǒng)需求分析 4 方案選擇 5 恒溫箱的工作過程 6 本章小結(jié) 6第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 7 硬件電路設(shè)計概述 7 系統(tǒng)功能介紹 8 時鐘頻率電路設(shè)計 8 顯示電路的設(shè)計 9 開關(guān)鍵盤設(shè)計 11 溫度報警電路設(shè)計 12 溫度采集電路 13 本章小結(jié) 19第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 20 軟件任務(wù)分析 20 程序流程圖 20 系統(tǒng)控制算法 24 參數(shù)整定 26 本章小結(jié) 27結(jié) 論 28參考文獻(xiàn) 29致 謝 30附 錄 31第1章 緒論 課題背景 二十一世紀(jì)是科技高速發(fā)展的信息時代，電子技術(shù)、微型單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用更是空前廣泛，是隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而誕生的。由于它具有體積小、功能強(qiáng)、性價比高等特點，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。它迅猛的發(fā)展到了各個領(lǐng)域，人們也越來越感到應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)的優(yōu)越性，因而單片機(jī)也得到了廣泛的應(yīng)用。 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。溫度傳感器應(yīng)用范圍很廣、使用數(shù)量很大，但是在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中由于溫度受其它因素影響較大，而且難以校準(zhǔn)，因此，溫度也是最難準(zhǔn)確測量的一個參數(shù)。 傳統(tǒng)的溫度檢測大多以熱敏電阻為溫度傳感器，但熱敏電阻的可靠性差、測量溫度準(zhǔn)確率低，而且必須經(jīng)過專門的接口電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后才能由單片機(jī)進(jìn)行處理。在溫度控制器中應(yīng)用單片機(jī)，具有設(shè)計簡單、可靠性高、控制精度高，功能易擴(kuò)展，有較強(qiáng)的通用性等優(yōu)點。因此一個較完善的控制器應(yīng)具有以下功能：溫度的測量與顯示；用戶設(shè)定功能(如溫度設(shè)定，定時設(shè)定等)；對電加熱管的控制功能；一些功能鍵(如定時自動加熱，恒溫控制，手動加熱等)；安全措施(漏電檢測，安全失效保護(hù)，限溫保護(hù)等)。對于不同場所、不同工藝、所需溫度高低范圍不同、精度不同，則采用的測溫元件、測溫方法以及對溫度的控制方法也將不同；產(chǎn)品工藝不同、控制溫度的精度不同、時效不同，則對數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制算法也不同。隨著電子技術(shù)和微型計算機(jī)的迅速發(fā)展，微機(jī)測量和控制技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。 單片機(jī)已經(jīng)在測控中獲得了廣泛的應(yīng)用，它除了可以測量電信號以外，還可以用于溫度、濕度等非電信號的測量，能獨立工作的單片機(jī)溫度檢測、溫度控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到很多領(lǐng)域。數(shù)字溫度傳感器DS18B20只用一個引腳即可與單片機(jī)進(jìn)行通信，大大減少了接線的麻煩，使得單片機(jī)更加具有擴(kuò)展性。由于單片機(jī)功能強(qiáng)大，可大大加快系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試速度，并具有控制方便、簡單、靈活等特點，因此本設(shè)計采用單片機(jī)為主控制器，通過數(shù)字傳感器測得箱內(nèi)溫度，再將溫度信號送入主控制器，來完成恒溫箱的溫度控制。 恒溫箱的發(fā)展與趨勢 溫度控制技術(shù)在現(xiàn)代信息技術(shù)中是三大基礎(chǔ)之一。恒溫箱自動控制系統(tǒng)在國內(nèi)外都到研究與發(fā)展。恒溫箱最基礎(chǔ)的器件是由溫度檢測系統(tǒng)，模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，單片機(jī)為核心，溫度顯示的組成。溫度傳感器從1821年由德國物理學(xué)家賽貝發(fā)明后到熱電偶傳感器。20世紀(jì)90年代時又發(fā)明了智能溫度傳感器。模數(shù)轉(zhuǎn)換器是現(xiàn)實中各種模擬信號通向數(shù)字化數(shù)字世界的橋梁。ADC的位數(shù)越高分辨率也越高，位數(shù)越高，精度也越高。對不同的產(chǎn)品要求的精度不一樣，對ADC的選擇也不一樣。從1976年起是單片機(jī)的開始階段到1978年的單片機(jī)的完善階段。從1990到現(xiàn)在微控制器的全面發(fā)展階段。因此產(chǎn)品越來越智能化多樣化。溫度傳感器采用熱敏電阻或熱電阻，部分產(chǎn)品溫度設(shè)定和電熱絲開關(guān)通過觸摸鍵和液晶顯示屏實現(xiàn)人機(jī)交互界面，電熱絲開關(guān)切換自動完成，運算放大電路和開關(guān)電路實現(xiàn)雙位調(diào)節(jié)。近年來，溫度控制器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬溫度控制器和網(wǎng)絡(luò)溫度控制器、研制單片測溫控溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。 本文結(jié)構(gòu)安排第1章 ：緒論。第2章 ：恒溫箱的概述。第3章 ：恒溫箱的硬件電路設(shè)計。第4章 ：恒溫箱的軟件設(shè)計。第2章 系統(tǒng)概述單片機(jī)已經(jīng)在測控中獲得了廣泛的應(yīng)用，它除了可以測量電信號以外，還可以用于溫度、濕度等非電信號的測量，能獨立工作的單片機(jī)溫度檢測、溫度控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到很多領(lǐng)域。溫度傳感器的作用是將溫度信息轉(zhuǎn)換為電流或電壓輸出，如果轉(zhuǎn)換后的電流或電壓輸出是模擬信號，那么還必須進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，以滿足單片機(jī)接口的需要。在溫度控制器中應(yīng)用單片機(jī)，具有設(shè)計簡單、可靠性高、控制精度高，功能易擴(kuò)展，有較強(qiáng)的通用性等優(yōu)點。因此一個較完善的控制器應(yīng)具有以下功能： 溫度的測量與顯示；溫度設(shè)定功能；對燈泡的控制功能；安全措施等。整個控制系統(tǒng)分為硬件電路設(shè)計和軟件程序設(shè)計兩部分。顯然，本文中的核心器件是單片機(jī)和溫度傳感器，單片機(jī)采用常用的51單片機(jī)即可，而溫度傳感器的選擇則需慎重。 （3）控制溫度傳感器實現(xiàn)溫度信息采集以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖O(shè)計。 系統(tǒng)需求分析 （1）在使用中可以將采集來的溫度數(shù)據(jù)計算轉(zhuǎn)換為我們熟悉的攝氏溫度。（3）將設(shè)定的預(yù)期溫度和實時溫度能顯示出來。 方案選擇方案一：采用熱敏電阻，可滿足40～90℃的測量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性都比較差，其測量溫度范圍相對較小，穩(wěn)定性較差，不能滿足本系統(tǒng)溫度控制的范圍要求。鉑熱電阻的物理化學(xué)性能在高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定，它能用作工業(yè)測溫元件，且此元件線性較好。鉑熱電阻與溫度關(guān)系是，Rt = R0(1+At+Bt*t) 。方案三：采用模擬溫度傳感器AD590K，AD590K具有較高精度和重復(fù)性（℃），其良好的非線性可以保證優(yōu)于177。但其測量的值需要經(jīng)過運算放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換再傳給單片機(jī)，硬件電路較復(fù)雜，調(diào)試也會相對困難，所以本系統(tǒng)不宜采用此法。并且DS18B20支持一主多從。綜合以上四種方案，本設(shè)計采用第四種方案，利用數(shù)字溫度計DS18B20作為溫度傳感器。方案二：采用串行口驅(qū)動、靜態(tài)顯示，利用單片機(jī)的串行口輸出數(shù)據(jù)，顯示多位數(shù)碼，可節(jié)省大量的I/O口，但每個數(shù)碼管必須有一個驅(qū)動芯片，且每位段碼須接一個限流電阻，所須元件多，硬件電路比較復(fù)雜。這樣既可以簡化硬件電路，又可以節(jié)省大量的I/O口線，為功能擴(kuò)展留下空間。根據(jù)系統(tǒng)具體指標(biāo)要求，可以對每一個具體部分進(jìn)行分析設(shè)計。調(diào)節(jié)預(yù)期的溫度，如果想加一攝氏度就按下“加”鍵，如果想減一攝氏度就按一下“減”鍵，溫度LCD顯示屏上會顯示改變后的溫度，調(diào)整范圍為0~125℃。單片機(jī)通過與溫度傳感器進(jìn)行通信，獲取實時溫度信息，并將所獲取的溫度信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為攝氏溫度的形式存儲起來。將存儲的實時攝氏溫度與設(shè)定的預(yù)期溫度經(jīng)行比較。（4）設(shè)定溫度顯示。 （5）實時溫度顯示。 總而言之，本課題利用89C51單片機(jī)及外圍接口實現(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，是一個實用的設(shè)計工程。在說明工作原理的過程中，突出了電路的組成單元以及這些單元如何實現(xiàn)溫度采集和溫度控制等功能。只要技術(shù)準(zhǔn)備充分，硬件設(shè)計的大量返工是比較少的，軟件設(shè)計的任務(wù)是貫徹始終的，到中后期基本上都是軟件設(shè)計任務(wù)，隨著集成電路計數(shù)器的飛速發(fā)展，各種功能很強(qiáng)的芯片不斷出現(xiàn)，使硬件電路的集成度越來越高，硬件設(shè)計的工作量在整個項目中所占的比重逐漸下降，為使硬件電路設(shè)計盡可能合理，應(yīng)注意以下幾個方面： （1）盡可能采用功能強(qiáng)的芯片，以簡化電路。 （2）留有設(shè)計余地。因為很少有一錘定音的電路設(shè)計，如果現(xiàn)在不留余地，將來可能要為一點小小的修改或擴(kuò)展而被迫進(jìn)行全面返工。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)。如果系統(tǒng)配置了外部RAM，則建議多留一些空間。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。只要在硬件電路設(shè)計初期考慮到這一點，就應(yīng)該為系統(tǒng)將來升級留有足夠的RAM空間。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。 系統(tǒng)功能介紹 根據(jù)恒溫箱控制器的功能要求，并結(jié)合對51系列單片機(jī)的資源分析，即單片機(jī)軟件編程自由度大，可用編程實現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制。恒溫箱控制器的總體布局如圖31所示。初始溫度設(shè)置好后，單片機(jī)開啟輸出控制模塊，使燈泡開始加熱，同時將從數(shù)字溫度傳感器DS18B20測量到的溫度值實時的顯示出來，當(dāng)加熱到設(shè)定溫度值時，單片機(jī)控制聲光報警模塊，發(fā)出聲光報警，同時發(fā)出信號關(guān)閉燈泡。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖31所示。調(diào)節(jié)好后系統(tǒng)會將采集來的實時溫度與設(shè)定的預(yù)期溫度進(jìn)行比較，如果實時溫度比設(shè)定溫度高就關(guān)閉加熱設(shè)備，如果實時溫度比預(yù)期溫度低就開啟加熱設(shè)備。圖32 時鐘電路 一般選用石英晶體振蕩器。電路中兩個電容CC4的作用有兩個：一是幫助振蕩器起振；二是對振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。單片機(jī)工作時，由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時鐘信號的周期稱為時鐘周期，其大小是時鐘信號頻率的倒數(shù)，時鐘信號頻率常用fosc表示。其中靜態(tài)顯示的特點是顯示穩(wěn)定不閃爍，程序編寫簡單，但占用端口資源多；動態(tài)掃描的特點是顯示穩(wěn)定程度沒有靜態(tài)顯示好，程序編寫復(fù)雜，但是相對靜態(tài)顯示而言最大的優(yōu)點是占用端口資源少。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。（16列2行）1602液晶