单片机控制自动恒温箱的设计(电路图+原理图+程序)☆

摘　要 恒温控制在工业生产过程中举足轻重，温度的控制直接影响着工业生产的产量和质量。本设计是基于AT89C51单片机的恒温箱控制系统，系统分为硬件和软件两部分，其中硬件包括：温度传感器、显示、控制和报警的设计；软件包括：键盘管理程序设计、显示程序设计、控制程序设计和温度报警程序设计。编写程序结合硬件进行调试，能够实现设置和调节初始温度值，进行数码管显示，当加热到设定值后立刻报警。另外，本系统通过软件实现对按键误差、加热过冲的调整，以提高系统的安全性、可靠性和稳定性。本设计从实际应用出发选取了体积小、精度相对高的数字式温度传感元件DS18B20作为温度采集器，单片机AT89C51作为主控芯片，数码管作为显示输出，实现了对温度的实时测量与恒定控制。
关键词： 单片机；恒温；控制；报警

Designing of Automatic Constant Temperature Box Controlled By SCM
Abstract: The system makes use of the single chip AT89C51 as the temperature controlling center, uses numeral thermometer DS18B20 which transmits as 1-wire way as the temperature sensor, through the pressed key, the numerical code demonstrated composite of the man-machine interactive connection ,to realize set and adjust the initial temperature value. After the system works, the digital tube will demonstrate the temperature value, when temperature arriving to the setting value, the buzzer will be work immediately. In addition, the system through the software adjusting to the pressed key error, and the excessively hutting.
Keywords:  SCM; Constant temperature;control;waring.

本文利用AT89C51对温度进行控制，采用单总线传输方式的DS18B20作为温度传感器，与按键、数码显示、报警器等外部辅助硬件共同组成一个温度控制系统。设计中用到了KEIL C51 V8.01、PROTEL99SE、PROTEUS6.7等设计与仿真软件，作者本着安全性、可靠性、稳定性和易扩展性等设计原则，对各方案进行了细心的比较，并对设计中使用的芯片进行了仔细的分析，力求设计出一个安全、稳定、可靠的温度控制系统。因此，本系统的安全性和可扩展性都比较好。在仿真过程中，由于仿真软件库内没有DS18B20这个元件，并且动态显示在仿真时数码显示不稳定，所以仿真时采用了静态显示，并利用软件来模拟温度的变换，从而仿真得到系统工作的整个过程。

系统功能及工作流程介绍
根据恒温箱控制器的功能要求，并结合对51系列单片机的资源分析，即单片机软件编程自由度大，可用编程实现各种控制算法和逻辑控制。所以采用AT89C51作为电路系统的控制核心。恒温箱控制器的总体布局如图1所示。按键将设置好的温度值传给单片机，通过温度显示模块显示出来。初始温度设置好后，单片机开启输出控制模块，使电热器开始加热，同时将从数字温度传感器DS18B20测量到的温度值实时的显示出来，当加热到设定温度值时，单片机控制声光报警模块，发出声光报警，同时关闭加热器。当自然冷却到设定温度5摄氏度以下时，单片机再次启动加热器，如此循环反复，以达到恒温控制的目的。系统结构框图如图1所示，系统基本硬件电路图如图2所示，在本系统中，DP1～DP3用于七段数码显示；P1.0用于接收DS18B20采集到的数字温度信号；FUZA1控制光电开关，决定电加热器是否工作；K1～K3用于按键控制；BELL和P1.4、P1.5用于控制扬声器和发光二极管，进行声光报警；串行口用于输出显示段码；P2.0、P2.1用于对数码管进行动态扫描。

功能模块
根据上面对工作流程的分析，系统软件可以分为以下几个功能模块：
(1) 键盘管理：监测键盘输入，接收温度预置，启动系统工作。
(2) 显示：显示设置温度及当前温度。
(3) 温度检测及温度值变换：完成A/D转换及数字滤波。
(4) 温度控制：根据检测到的温度控制电炉工作。
(5) 报警：当预置温度或当前炉温越限时报警。

系统硬件设计
DS18B20测温电路
DS18B20数字温度计是Dallas公司生产的1－Wire器件，即单总线器件。与传统的热敏电阻有所不同，DS18B20可直接将被测温度转化成串行数字信号，以供单片机处理，具有连线简单、微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、精度高等特点。因此用它来组成一个测温系统，具有电路简单，在一根通信线上可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。目前已被众多行业进行广泛的运用（锅炉、温控表粮库、冷库、工业现场温度监控、仪器仪表温度监控、农业大棚温度监控等）。
通过编程，DS18B20可以实现9～12位的温度读数。信息经过单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出，因此从微处理器到DS18B20仅需连接一条信号线和地线。读、写和执行温度变换所需的电源可以由数据线本身提供，而不需要外部电源。
每片DS18B20在出厂时都设有唯一的产品序列号，因此多个DS18B20可以挂接于同一条单线总线上，这允许在许多不同的地方放置温度传感器，特别适合于构成多点温度测控系统。

目　　录   14000字
摘要…………………………………………………………………………………1
关键词…………………………………………………………………………………1
1　前言…………………………………………………………………………………1
2　系统概述……………………………………………………………………………1
    2.1　简述……………………………………………………………………………1
3　设计思路分析………………………………………………………………………2
4　方案论证……………………………………………………………………………2
    4.1　温度传感器……………………………………………………………………2
    4.2　显示部分………………………………………………………………………2
   4.3　输出控制………………………………………………………………………3
5　硬件设计及工作原理………………………………………………………………3
   5.1　系统功能及工作流程介绍……………………………………………………3
   5.2　功能模块………………………………………………………………………5
   5.3　系统硬件设计…………………………………………………………………5
     5.3.1　DS18B20测温电路…………………………………………………………5
     5.3.2　DS18B20的特点介绍………………………………………………………6
     5.3.3　单线（1-wire）技术………………………………………………………6
     5.3.4　DS18B20的引脚及功能介绍………………………………………………7
     5.3.6　输出控制电路……………………………………………………………9
     5.3.7　温度越线报警电路………………………………………………………10
6　系统的应用软件设计………………………………………………………………10
  6.1　软件描述………………………………………………………………………10
    6.1.1　键盘管理模块……………………………………………………………10
    6.1.2　显示模块…………………………………………………………………11
    6.1.3　控制模块…………………………………………………………………11
    6.1.4　温度报警模块……………………………………………………………12
6.1.5　主程序和中断服务程序流程……………………………………………12
7　系统仿真与调试………………………………………………………………13
    7.1　硬件调试……………………………………………………………………13
    7.2　软件调试……………………………………………………………………14
    7.3　系统仿真……………………………………………………………………14
8  结论……………………………………………………………………………15
9  系统制作……………………………………………………………………………16
参 考 文 献……………………………………………………………………………16
致谢………………………………………………………………………………………17
附录………………………………………………………………………………………18