毕业论文恒温箱温湿度系统反馈控制电路的设计(编辑修改稿)

毕业论文恒温箱温湿度系统反馈控制电路的设计(编辑修改稿)内容摘要：

智能恒温箱的工作流程 智能恒温箱的基本工作原理：在使用恒温箱时，系统会将从温度传感器采集来的温度转化为摄氏度的形式，与事先设定的预期温度进行比对，然后根据比对的结果采取相应的措施（加热，或制冷）来不断地接近以至于达到预期的温度。 并且系统能够显示实时的温度和设定的预期温度。 恒温箱的工作流程如图 22 所示： 12 加载程序 运行 不进行温度设定 进入温度设定 温度加 温度减 温度比较并进行温度调节 温度采集与计算 显示实时温度 显示切换 无显示切换 显示设定温度 13 图 22 恒温箱工作流程 恒温箱的工作过程。 如果想调节预期的温度，先闭合“温度设定”开关，进入调节状态，此时会显示设定的温度值，如果想加一摄氏度就按下“加 1℃”键，如果想减一摄氏度就按一下“减 1℃”键，温度 LED显示器上会显示改变后的温度，调整范围为 0~99℃。 0℃时再减 1℃会跳到 99℃， 99℃时再加 1℃会跳到 0℃。 要退 出调节状态，断开“温度设定”开关即可。 单片机通过与温度传感器进行通信，获取实时温度信息，并将所获取的温度信息数据转化为摄氏温度的形式存储起来。 将存储的实时摄氏温度与设定的预期温度经行比较。 如果实时温度高于设定温度，则开启制冷器；如果实时温度低于设定温度，则开启加热器。 将存储的实时温度显示在 LED数码管上。 若想查看设定的预期温度，则需按下“温度显示切换”按键，然后 LED显示器就会显示设定预期的温度，显示时间为数秒，跳出预期温度的显示。 若再 想查看预期温度显示需再次按下“温度显示切换”按键。 总而言之，本课题利用 80C51 单片机及外围接口实现的温度控制系统设计了恒温箱，该恒温箱提高了系统的可靠性，简化了电路结构，节约了成本，是一个实用的工程设计。 本章小结 本章主要讲述了恒温箱的工作原理和本设计系统的工作流程。 在说明工作原理的过程中，突出了电路的组成单元以及这些单元如何实现温度采集和温度控制等功能。 在说明系统流程时，结合本设计的内容，指出了参数设置的方法和意义。 14 第 3章 智能恒温箱的硬件设计 硬件电 路设计概述 本设计分为硬件设计和软件设计，这两者相互结合，不可分离：从时间上看，硬件设计的绝大部分工作量是在最初阶段，到后期往往还要做一些修改。 只要技术准备充分，硬件设计的大量返工是比较少的，软件设计的任务是贯彻始终的，到中后期基本上都是软件设计任务，随着集成电路计数器的飞速发展，各种功能很强的芯片不断出现，使硬件电路的集成度越来越高，硬件设计的工作量在整个项目中所占的比重逐渐下降，为使硬件电路设计尽可能合理，应注意以下几个方面： ，以简化电路。 功能强的芯片可以代替若干个普通芯片，随着 生产工艺的提高，新型芯片的价格在不断下降，并不一定比若干个普通芯片价格总和高。 在设计硬件电路时，要考虑到将来修改扩展的方便。 因为很少有一锤定音的电路设计，如果现在不留余地，将来可能要为一点小小的修改或扩展而被迫进行全面返工。 选用片内程序空间足够大的单片机，本设计采用 80C51 单片机。 空间， 80C51 单片机内部 RAM 不多，当要增强软件数据处理功能时，往往觉得不足。 如果系统配置了外部 RAM，则建议多留一些空间。 如果选用 8155作 I/O 接口，就可以增强 256 字节 RAM。 如果有大 批数据需要处理，则应配置足够的 RAM，如 626 62256 等。 随着软件设计水平提高，往往只要改变或者增加软件中的数据处理算法，就可以使系统功能提高很多，而系统的硬件不必做任何更换就使系统升级换代。 只要在硬件电路设计初期考虑到这一点，就应该为系统将来升级留有足够的 RAM 空间，哪怕多设计一个 RAM 插座，暂时不插芯片也好。 I/O 端口，在样机研制出来后进行现场试用时，往往会发现一些被忽视的问题，而这些问题不是靠单纯的软件措施来解决的。 如果有些新的信号需要采集，就必须增加输入检测端：有些物理量需要控制，就必须增加 输出端。 如果在硬件电路设计就预留出一些 I/O 端口，虽然当时空着没用，那么要用的时候就能派上用场了。 总体硬件原理图 总体硬件原理图如图 31 所示，图中主要部分 U1 芯片为 80C51 单片机， U2为温度传感器 DS18B20。 温度传感器接到单片机的 口。 两个发光二极管“ HEAT”和“ COOL”分别表示传送给加热器和制冷器的启动信号，分别接到单片 15 机的 ， 口。 如果“ HEAT”灯点亮表示加热器在工作；如果“ COOL”灯点亮表示制冷器在工作。 按键“温度显示切换”是用于切换显示预设的温度的 按键，接单片机的 口。 还有两个发光二极管分别是“实时温度”和“设定温度”，表示当前数码管显示的是实时温度还是设定温度，若“实时温度”的发光二极管点亮表示数码管显示的实时温度，若“设定温度”的发光二极管点亮则 16 17 图 31 总体硬件原理图 则表示数码管当前显示的是设定温度。 两个数码管分别接单片机的 ， 口。 图中有两个七段共阴数码管，它的字段码信号端口接到单片机的 ~口，公共端接单片机的 和 口。 开关“温度设定”接单片机的 口，按钮“加 1℃”和“减 1℃”分别接单 片机的 和 口。 按闭合“温度设定”开关进入预期温度的设定，按“加 1℃”，“减 1℃”按钮来加减温度。 时钟频率电路设计 单片机必须在时钟的驱动下才能工作，在单片机内部有一个时钟振荡电路，只需要外接一个振荡源就能产生一定周期的时钟信号送到单片机内部的各个单元，决定单片的工作频率，时钟电路如图 32 所示。 图 32 外部振荡电路 一般选用石英晶体振荡器。 此电路大约延迟 10ms 后振荡器起振，在 XTAL2引脚产生幅度为 3V 左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要有石英晶体的频率确定。 电 路中两个电容 C C2 的作用有两个：一是帮助振荡器起振；二是对振荡器的频率进行微调。 C C2 的典型值为 30pF。 单片机工作时，由内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元的时钟信号的周期称为时钟周期，其大小是时钟信号频率的倒数，时钟信号频率常用 fosc 表示。 图中时钟频率为 12MHz，即 fosc=12MHz，则时钟周期为 1/12μs。 复位电路设计 单片机的第 9脚 RST 为硬件复位电路，只要在该端加上持续 4个机器周期的高电平即可实现复位，复位后单片机的各个状态都恢复到初始化状态，其电路图如图 33所示。 图 33中由按键以及电容 C电阻 R R2构成上电复位及手动电路。 由于单片机是高电平复位，所以上电复位时，接通电源即可，当上电后，由于电容C1开始缓缓充电，则图中电路由 5V 电源到电容到电阻 R1 和地之间形成一个通路，由于在 R1 上产生电压降，则单片机的 RST脚上为高电平，经过一段时间后 18 电容的电充满，此时 C1 处可视为断路，单片机 RST 脚处电压逐渐降为 0V，即处于 稳定的低电平状态，此时单片机完成上电复位，程序从 0000H 开始执行。 手动复位时，按一下图中的按钮即可，当按键按下的时候，单片机的 9脚 RST 管脚处于高电平，此时单片机处于复位状态。 值得注意的是，在设计当中使用到了硬件复位电路和软件复位两种功能，由上面所述的硬件复位之后的各状态可知，寄存器的值都恢复到了初始值，而前面的功能介绍中提到了倒计时时间的记忆功能，该功能实现的前提条件就是不能对单片机进行硬件复位，所以设定了软件复位功能。 软件复位实际上就是当程序执行完毕之后，将程序指针通过一条跳转指令让它跳转到程序执行 的起始地址。 图 33 硬件复位电路 显示电路的设计 显示电路概述 示功能与硬件关系极大，在这里我们使用的是七段数码管显示，通常在显示上我们采用的方法一般包括两种：一种是静态显示，一种是动态扫描。 其中静态显示的特点是显示稳定不闪烁，程序编写简单，但占用端口资源多；动态扫描的特点是显示稳定程度没有静态显示好，程序编写复杂，但是相对静态显示而言最大的优点是占用端口资源少。 由于本设计需要较多的端口用于其它的功能因此采用占用端口少的动态扫描显示的办法。 以下将对显示电路的各个部件及整体设计做详细的介绍。 七段 LED 数码管的原理 LED 数码管显示器由 8 个发光二极管中的 7 个长条发光二极管（称七笔段）按 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 顺序组成“ 8”字形，另一个点形的发光二极管放在右下方，用来显示小数点。 数码管按内部连接方式又分为共阳极数码管和共阴极数码管两种。 若内部 8 个发光二极管的阳极连在一起接电源正极，就成为共阳极数码管；若 8 个发光二极管的阴极连在一起接地，测称为共阴极数码管。 本次设计所用的到的共阴极数码管的引脚如图 34 所示，外部有 10 个引脚， 19 其中 1 和 6 引脚连通，作为公共端接地。 图 34 一位共阴极数码管引脚图 从 LED 数码的结构可以看出，不同笔段的组合就何以构成不同的字符，例如笔段 b、 c 被点亮时，就可以显示数字 1：当笔段 a、 b、 c 被点亮时，就可以显示数字 7；只要控制 7 个发光二极管按一定要求亮与灭，就能显示出十六进制字符 0~F。 将控制数码管显示字符的各字段代码称为显示代码或字段码。 数码管显示码是表述二进制数与数码管所显示字符的对应关系的，如表 31所示。 对于共阴极数码管，由于 8 个发光二极管的阴极已连在一起接地，所以，只要控制各字段的正极，就可以控制发光二极管的亮与灭。 表 31 七段显示译码器的真值表及段码表 字 符 h g f e d c b a 字段码 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 共阳字码段 C0H 共阴字码段 3FH 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 共阳字码段 F9H 共阴字码段 06H 2 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 共阳字码段 A4H 共阴字码段 5BH 3 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 共阳字码段 B0H 共阴字码段 4FH 4 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 共阳字码段 99H 共阴字码段 66H 5 1 0 0 1 0。