基于单片机的恒温箱智能控制系统的设计

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I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AbstractABSTRACTMeasurementandcontroloftemperaturehasbroadapplicationinindustrysuchasindustry,agriculture,nationaldefense.Gowiththedevelopmentofthemicroelectronicstechnology,theintegratedvarioushigh-performancesemiconductortemperaturesensorhasgotextremelybroadapplicationinthefieldoftemperaturemeasurementandcontrol.Intheintelligentcontrolsystemofconstanttemperaturebox,semiconductortemperaturesensorisusedtomeasureitstemperature;microcontrollerunitisappliedtocontroltemperaturebalancetoachievetheendofconstanttemperature.Thisarticleintroducesthefunctionofthesystemandtheperformanceanddevelopingconditionofmicrocontrollerunitusedbythesystemspecifically;theMold/NumbertransformationchipTLC2543whichthesystemusedgivestheperformanceaspectsimpleintroduction;MeanwhileintroducesintegrationconstantflowtemperatureelementAD590whichsurveystemperaturefrom-55℃to+150℃.Thisarticlemainlyintroducestheanalysesanddesignofthesystemhardwareelectriccircuit.Itcarriesontheintroductiontoeachpartofelectriccircuits.Drawuptheelectriccircuitschematicdiagramandweldthepartofthesystem,completethehardwaredebugging.Accordingtothehardwaredesignandthefunctionwhichthesystemwillrealize,thisdesigncarriesondesignstothesoftware.Andaftertherepeatedlysimulationrun,debuggingandrevision,completesthedesignofsystemsoftware,finallyformsasetofintelligenttemperaturecontrolsystem.Keywords:Temperaturesensor；Mold/Number；Microcontrollerunit目录目录1引言-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------42系统设计分析------------------------------------------------------------------------------------------------------42.1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------------------------------------------------------------------------------------------73.1直流稳压电源的设计-------------------------------------------------------------------------------------73.2温度采集电路的设计-------------------------------------------------------------------------------------93.3AD的选择及接口电路----------------------------------------------------------------------------------113.4AT89C52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----------------------------------------------------------------------------------------------194.1软件控制方案---------------------------------------------------------------------------------------------194.2系统的干扰及软件处理措施-------------------------------------------------------------------------194.3软件控制方案---------------------------------------------------------------------------------------------204.4控制框图---------------------------------------------------------------------------------------------------215整体系统调试----------------------------------------------------------------------------------------------------275.1硬件电路的调试------------------------------------------------------------------------------------------275.2软件程序调试---------------------------------------------------------------------------------------------28结论--------------------------------------------------------------------------------------------------------------28参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------------------------29致谢--------------------------------------------------------------------------------------------------------------3041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]。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范围在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5晶显示模块、及控制执行模块等组成。本控制系统有以下功能及指标：·温度控制设定波动范围小于±1%，测量精度小于±1%，控制精度小于±2%；·实现功能：可以升温、控温；·温度实时显示；·按键输入，设定可控制范围内任意温度值；·温度上、下限越限报警。根据以上控制系统要求，可得出恒温箱的智能控制系统