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        基于單片機(jī)恒溫箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2021-09-10 07:22:44劉丹妮陳騰飛
        科學(xué)與生活 2021年6期
        關(guān)鍵詞:恒溫箱控制電路溫度傳感器

        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(pán)、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(guò)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(lái)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(lái)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(pán)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(guò)外部時(shí)鐘的振動(dòng)來(lái)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(pán)輸入電路

        本次的設(shè)計(jì)是采用按鈕電路來(lái)代替鍵盤(pán)來(lái)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(lái)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(méi)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(mén)設(shè)計(jì)用來(lái)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(kāi)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??刂齐娐肥峭ㄟ^(guò)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(lái)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(guò)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(wú)需反復(fù)插拔單片機(jī),無(wú)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(lái)進(jìn)行程序編寫(xiě)。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(guò)點(diǎn)擊三個(gè)按鈕來(lái)所需要的調(diào)節(jié)溫度,并通過(guò)最上面的設(shè)置按鈕來(lái)確定溫度,并運(yùn)行程序來(lái),系統(tǒng)并根據(jù)當(dāng)前溫度來(lái)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(guò)低時(shí),會(huì)啟動(dòng)加熱程序進(jìn)行升溫。當(dāng)溫度過(guò)高時(shí),會(huì)通過(guò)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(guò)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(pán)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(yǔ)言進(jìn)行編程,并使用Keil4進(jìn)行編輯,在Proteus 8中進(jìn)行畫(huà)圖并仿真。最終實(shí)現(xiàn)了通過(guò)鍵盤(pán)按鈕來(lái)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。

        參考文獻(xiàn):

        [1]陳菁,張小溪.基于單片機(jī)的小型恒溫箱設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2014,37 (22):101-104.

        [2]陳英.基于半導(dǎo)體制冷原理的恒溫實(shí)驗(yàn)箱控制系統(tǒng)研究[J].柳州師專學(xué)報(bào),2014,29(01):113-116.

        [3]彭夢(mèng)迪,鄭晟.高精度恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2021,44(02):9-12.

        山東協(xié)和學(xué)院 濟(jì)南 250107

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