基于單片機(jī)恒溫箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉丹妮 陳騰飛

摘要：本系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于STC89C51單片機(jī)的恒溫箱控制管理系統(tǒng)，主要硬件部分有：DS18B20溫度傳感器、顯示、鍵盤、報(bào)警和復(fù)位的設(shè)計(jì);軟件主要功能是編輯溫度顯示驅(qū)動(dòng)程序、控制程序設(shè)計(jì)和報(bào)警程序的設(shè)計(jì)等。本設(shè)計(jì)主要功能是通過設(shè)置和調(diào)節(jié)初始溫度的數(shù)值，在液晶屏上顯示，當(dāng)溫度超出設(shè)置溫度時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)將會(huì)啟動(dòng)進(jìn)行報(bào)警，然后啟動(dòng)復(fù)位系統(tǒng)將加熱系統(tǒng)關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)復(fù)位。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)STC89C51 溫度控制 恒溫箱 溫度傳感器DS18B20

0引言

隨著科技水平的提高，各領(lǐng)域?qū)囟日{(diào)節(jié)的要求也越來越高。本設(shè)計(jì)以家用便攜恒溫箱為例，采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，因其A/D 轉(zhuǎn)換器在內(nèi)部集成，使得電路板上的電路布線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，從而減少溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換時(shí)的精度損失，使測(cè)量溫度更加精確。由于單片機(jī)功能強(qiáng)大，并且具有控制簡(jiǎn)單、程序載入靈活等特點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)硬件電路以STC89C51單片機(jī)為核心來實(shí)現(xiàn)溫度控制;選擇51單片機(jī)作為小型溫度采集系統(tǒng)，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，具有成本低、使用方便、相對(duì)測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)，潛在的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值較高。系統(tǒng)還采用具有溫度數(shù)值的顯示和溫度設(shè)置功能，具備下限溫度警報(bào)和自動(dòng)實(shí)時(shí)控制的功能，設(shè)計(jì)時(shí)有蜂鳴器可自動(dòng)報(bào)警，提高了數(shù)值控制恒溫箱系統(tǒng)工作的穩(wěn)定可靠性和日常使用的安全性。

1電路功能模塊介紹

系統(tǒng)設(shè)計(jì)由時(shí)鐘電路、鍵盤輸入電路、復(fù)位電路和加熱制冷電路等組成。

1.1時(shí)鐘電路

單片機(jī)必須通過外部時(shí)鐘的振動(dòng)來啟動(dòng)，才能正常連續(xù)驅(qū)動(dòng)。在單片機(jī)的內(nèi)部設(shè)有同步時(shí)鐘振蕩電路，在振蕩器連接到外部的情況下，可以將時(shí)鐘信號(hào)提供給單片機(jī)內(nèi)部的各部分，直接決定外部的單片機(jī)整體正常工作的時(shí)鐘頻率。本設(shè)計(jì)中，使用內(nèi)部振動(dòng)方式，振動(dòng)振蕩器振動(dòng)，形成矩形時(shí)鐘脈沖序列時(shí)，僅用為XTAL1和為XTAL2上外部連接定時(shí)反饋電路，電路中的兩個(gè)電容器的作用是幫助振蕩器的起振和微調(diào)振蕩器的頻率。在電路的設(shè)計(jì)上面，為了減少寄生電容以及使振蕩器穩(wěn)定、可靠的工作，選用的陶瓷振蕩器盡可能接近單片機(jī)芯片。如圖1所示

1.2鍵盤輸入電路

本次的設(shè)計(jì)是采用按鈕電路來代替鍵盤來輸出數(shù)值，用以控制編譯器程序運(yùn)行時(shí)進(jìn)行的數(shù)據(jù)輸入或者是特殊功能的選擇性設(shè)置和操作。在控制電路中，如果一個(gè)按鍵的數(shù)量很少，那么就可以選擇使用一個(gè)按鍵來對(duì)應(yīng)另一條輸出線進(jìn)行控制，即為獨(dú)立式的按鍵。在兩個(gè)電路相互連接的情況下，所有的數(shù)據(jù)輸入線都接高電平，而每一次按鍵按下的時(shí)候相連的數(shù)據(jù)輸入線要轉(zhuǎn)為低電平，未處理可以判斷有沒有按鍵被按下。

1.3復(fù)位電路

復(fù)位系統(tǒng)電路啟動(dòng)是一種專門設(shè)計(jì)用來將一個(gè)電路啟動(dòng)恢復(fù)起始時(shí)的運(yùn)行工作狀態(tài)的一種電路啟動(dòng)裝置。復(fù)位驅(qū)動(dòng)控制電路的設(shè)計(jì)目標(biāo)主要是能夠有效保證復(fù)位控制電路系統(tǒng)穩(wěn)定地工作，他不僅因?yàn)檫@樣可以確保程序有效地執(zhí)行，而且當(dāng)由于操作失誤或者程序執(zhí)行錯(cuò)誤而導(dǎo)致引起的操作系統(tǒng)死機(jī)時(shí)，復(fù)位控制電路即可允許他的復(fù)位再次開始。單片機(jī)的復(fù)位工作需要外部控制電路進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，在振蕩器工作的這個(gè)時(shí)候，RST引腳還必須保持兩個(gè)周期及以上的連續(xù)高電平才能使其停止復(fù)位。

1.4加熱和制冷電路

通常制冷有風(fēng)冷、水冷、壓縮機(jī)制冷、半導(dǎo)體制冷等幾種方式。控制電路是通過對(duì)加熱模塊與降溫模塊的 通斷控制從而達(dá)到溫度在設(shè)置的范圍內(nèi)。本設(shè)計(jì)本電路設(shè)計(jì)主要采用晶閘管對(duì)電熱絲的供電進(jìn)行控制，它具有體積小、重量輕、控制靈敏反應(yīng)快、損耗小效率高等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)欲采用半導(dǎo)體制冷技術(shù)來進(jìn)行制冷，在各種制冷系統(tǒng)技術(shù)中，半導(dǎo)體制冷的主要特點(diǎn)是高溫制冷系統(tǒng)體積小、重量輕、制冷速度快、可靠性高等。

2軟件程序流程圖

由于STC89C51單片機(jī)具有ISP功能，可實(shí)現(xiàn)在線編程，通過上位機(jī)軟件直接與PC機(jī)連接就可完成程序的下載燒錄，無需反復(fù)插拔單片機(jī)，無需昂貴的專用編程器，甚至不需要仿真器，用戶可直接查看結(jié)果，達(dá)到調(diào)試目的。軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，由主程序模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與控制子程序模塊組成。

3仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

本設(shè)計(jì)采用Proteus進(jìn)行仿真，用Keil4來進(jìn)行程序編寫。當(dāng)放入程序并接通電源時(shí)，顯示屏?xí)@示當(dāng)前恒溫箱內(nèi)的溫度，通過點(diǎn)擊三個(gè)按鈕來所需要的調(diào)節(jié)溫度，并通過最上面的設(shè)置按鈕來確定溫度，并運(yùn)行程序來，系統(tǒng)并根據(jù)當(dāng)前溫度來確定升溫或者降溫，并最終達(dá)到設(shè)定的溫度。當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)恒溫箱內(nèi)的溫度就會(huì)保持在這個(gè)區(qū)間。當(dāng)溫度高于上限或者比下限低時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警系統(tǒng)，產(chǎn)生報(bào)警。當(dāng)溫度過低時(shí)，會(huì)啟動(dòng)加熱程序進(jìn)行升溫。當(dāng)溫度過高時(shí)，會(huì)通過制冷系統(tǒng)進(jìn)行降溫。而當(dāng)溫度高于上限或者低于下限超過一分鐘時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)復(fù)位程序，從而達(dá)到了溫度恒定和保護(hù)恒溫箱的目的。

4總結(jié)

恒溫箱控制系統(tǒng)硬件部分主要是由溫度傳感器、STC89C51單片機(jī)、鍵盤和顯示等系統(tǒng)構(gòu)成。其中溫度傳感器采用DS18B20，顯示硬件采用LCD1062顯示器。軟件部分采用C語言進(jìn)行編程，并使用Keil4進(jìn)行編輯，在Proteus 8中進(jìn)行畫圖并仿真。最終實(shí)現(xiàn)了通過鍵盤按鈕來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度設(shè)置，當(dāng)溫度超設(shè)定的上下限時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)判斷，啟動(dòng)相應(yīng)的加熱、制冷或復(fù)位程序。

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