恒温控制系统开题报告.doc

某实验楼恒温恒湿空调改造工程设计、安装及调试SJ003-1 2016 届毕业设计（论文）开题报告二级学院： 电气与光电工程学院 班 级： 12测二 学 生： 宋苏悦 学 号： 12050213 指导教师： 鲍玉军 职 称： 副教授 课题名称嵌入式恒温培养箱设计课题类型R毕业设计 毕业论文起止时间2016.2.226.24开题报告（毕业设计：含课题来源及现状、设计要求、工作内容、设计方案、技术路线、预期目标、时间安排及参考文献等。字数为3000以上。）一、课题来源及现状随着计算机控制技术的发展，恒温控制已经在工业生产领域中得到了广泛应用，并取得了巨大的经济和社会效益。如，可以根据动物生活习性的需要控制饲养棚合适的温度来进行孵卵或动物培养；在农业上，可用于种子的发芽；在科学实验上，可产生恒温环境用于各种细菌培养等；在医学上，可用于做细菌培养、放射免疫分析、血清溶化、石腊熔化、试管消毒等。智能恒温箱的性能在很大程度上取决于对温度的控制性能，本课题采用单片机为主控制器，通过热电式传感器测得箱内温度，再将温度信号送入主控制器，来完成恒温箱的温度控制系统的硬件。箱内温度可保持在设定的温度范围内，当设置的温度低于实时温度时，单片机送出加热信号；当设置的温度低于实时温度时，单片机送出制冷信号，实现恒温箱的自动温度控制。在不同的领域内，由于控制环境、目标等因素，需要针对具体情况来设计系统的机构和功能，以取得最佳的控制效果。目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展。虽然温度控制系统在国内各行业的应用十分广泛，但从国内生产的温度控制器及技术来讲，其发展水平仍然不高，同国外的日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有较大的差距。我国目前在恒温控制技术这方面的技术水平处于20世纪80年代中后期水平，只能适应于一般的温度系统控制。我国对于温度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。在适应与较高控制场合的智能化、自适应控制仪表领域，国内技术还不十分成熟。因此，我国在恒温控制等控制仪表行业与国外还有一定差距。今年来，国内传感器正向着集成化、智能化、网络化和单片机的方向发展，为开发新一代温度测量系统创造了有利条件。随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控制对象控制日益广泛，具有体积小、功能强、性价比高等特点，把单片机应用于温度控制系统中可以起到更好的控温作用，智能恒温箱是使用单片机进行温度控制的典型应用，采用单片机做主控单元可完成对温度的采集和控制等的要求。在智能恒温箱控制系统的设计中，用数字传感器将温度信号以数字信号的方式传送给单片机，经单片机处理后的温度数值，一方面显示；另一方面与给定值经行比较，判断温度高低，从而采取相应的措施：加热或者制冷。使温度达到设定值。二、设计要求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。本课题基于单片机设计一个恒温箱控制系统，系统包括硬件和软件两部分，其中硬件包括数据采集、显示、控制及温度传感器的设计，软件包括键盘管理程序设计、显示程序设计、控制程序设计。能够实现设置和调节初始温度值，进行数码显示。设计过程中设计的控制方案能够保证精度，考虑系统的安全性、可靠性和稳定性。运用所学单片机、模拟和数字电路、以及测控系统原理与设计等方面的知识，设计出一台以AT89C52为核心的恒温箱控制器，对恒温箱的温度进行控制。完成恒温箱温度的检测、控制信号的输出、显示及键盘接口电路等部分的软、硬件设计，利用按键（自行定义）进行温度的设定，同时将当前温度的测量值显示在液晶显示屏上。三、工作内容 恒温培养箱已经成为现代农业、食品、生化等行业(部门)实验室中的重要实验装置；恒温培养箱能够始终将箱体内温度保持稳定。使用单片机实时地将培养箱内温度传感器所采集的温度值与所设定的恒温值进行比较和处理，并对加热器等装置进行控制，从而监控并保持箱体内的温度值恒定。（1）了解温度传感器特点及其适用范围，针对恒温箱进行合理的选型；（2）掌握控制器单片机的有关知识，并熟悉其编程；（3）对单片机测控程序及其接口技术作重点的掌握；（4）在以上几个内容的基础上，进行课题的总体设计，绘制系统的总体电路。选择合适的相关硬件，最终完成本课题的设计。四、设计方案4.1系统的主要功能该系统主要是借用单片机采用模块化设计的智能恒温箱，包括温度设定按钮，温度显示，温度调节，实时温度显示和预定温度显示转换按钮，温度采集等。显示系统除了显示实时的温度还能显示设定温度的上限和下限，也就是人们想要保持的温度的范围。系统的主要功能模块方框图如图1所示。图1系统主要功能模块方框图本系统是采用模块化设计的智能恒温箱，在生活中有广泛的应用，使用时可以自行调节预期的恒温温度，调节范围为099。调节好后系统会将采集来的实时温度与设定的预期温度进行比较，如果实时温度比设定温度高就开启制冷设备，如果实时温度比预期温度低就开启加热设备。如果温度一样则不开启加热或制冷设备。在显示电路上显示的是实时的温度和预期温度。单片机整个恒温箱的核心，内部电路设计用汇编语言编写。它完成了温度参数设定，温度采集计算，温度显示，温度比较，温度调节等功能。4.2智能恒温箱的工作流程单片机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，转化完成后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（输出升温信号或输出降温信号）来不断地来表示出达到预期的温度。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2所示：图2 恒温箱的工作流程（1）设定预期温度。如果想调节预期的温度，先按下“温度设定”开关，进入调节状态，此时才会先显示设定需要保持温度的上限，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，温度显示器上会显示改变后的温度。再按下“温度上下限设定转换”按钮，此时设定为需要保持温度下限，操作与上限操作方法相同。要退出调节状态，再次按下“温度设定”开关即可。（2）温度采集和计算。51单片机通过与数字温度传感器DS18B20，获取实时温度信息，并将所获取的温度信息数据进行计算，转化为摄氏温度的形式存储起来。（3）温度比较和温度调节。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上限，则降温二极管亮；如果实时温度低于设定温度下限，则升温二极管亮。（4）设定温度显示。五、技术路线5.1恒温箱的硬件设计主要部分的芯片为80C51单片机，主要部分的传感器为温度传感器DS18B20。温度传感器接到单片机的P1.2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，分别接到单片机的P1.0，P1.1口。如果“HEAT”灯点亮表示温度过低，需要升温，需要加热器工作；如果“COOL”灯点亮表示温度过高，需要降温，需要制冷机工作。而在实际电路中，分别以红色二极管和绿色二极管表示“HEAT”“COOL”。按键“温度上下限切换”是用于切换温度的上限和下限值的按键。当按键进入温度设定后，最先只能设定温度范围的上限值，如果想要对温度下限进行设定的话，就必须要按下“温度上下限切换”按钮，此后便可以对温度下限值进行设定。当再次按下“温度上下限切换”时便又可以对温度的上限值进行设定。当设定完温度的上下限值后再按下“温度设定”按钮保存温度设定的值范围。此时便该系统便开始工作。5.2恒温箱的软件设计在本程序中包括了以下主要的程序，主程序，温度设定子程序，温度读取及转换子程序，显示温度子程序，比较温度子程序。5.2.1主程序流程图如图3图3 恒温箱的工作流程主程序的主要功能是设置传感器、负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度。 5.2.2温度设定子程序 温度设定子程序流程图如图4所示：图4温度设定子程序流程图5.2.3温度采集计算子程序DS18B20 内部的低温度系数振荡器是一个振荡频率随温度变化很小的振荡器，为计数器1提供一频率稳定的计数脉冲。高温度系数振荡器是一个振荡频率对温度很敏感的振荡器，为计数器2提供一个频率随温度变化的计数脉冲。温度采集计算子程序如图5所示：图5 温度采集计算子程序流程图DS18B20工作过程一般遵循以下协议：初始化ROM操作命令存储器操作命令处理数据。六 预期目标1、完成系统的软、硬件设计；2、通过按键可设置箱体温度值；3、实际显示温度值范围为099，最小区分度为0.1；4、温度控制误差低于±1；完成毕业设计说明书。七 时间安排14周：熟悉课题，查找资料，总体分析，设计方案完成开题报告；57周：明确方案，对设计中的关键部分进行论证与设计；811周：硬件元件选、电路设计、原理图绘制；1216周：程序编制和调试；17周：设计说明书撰写；18周：修改定稿，准备答辩。八、参考文献1何立民.单片机高级教程应用与设计M.北京：北京航空航天大学出版社，20072胡汉才.单片机原理及接口技术M.北京:清华大学出版社,19993欧阳文. ATMEL89系列单片机的原理与开发实践M. 北京:中国电力出版社，2007.6 4刘亮.先进传感器及应用M.化学工业出版社，2005 5潘永雄.新编单片机原理与应用M. 西安: 西安电子科技大学出版社,20036楼然苗.51系列单片机设计实例M.北京：北京航空航天大学出版社20037钱进.基于AT89C2051的高精度数字频率计的设计J.机电产品开发与创新,2007，19(1)：86-87.8徐凤霞，赵成安.AT89C51单片机温度控制系统的设计J.齐齐哈尔大学学报，2004,(3):44-159褚斌，徐力.多参数新型智能变送器的设计J.仪表技术与传感器，2004(10):54-56.10李德振.温度监测系统设计方案J.电子制作,2010. (6):22-2311贾世胜.Small RTOS51实现基于8位单片机的温控器设计.J.现代电子技术.2009 32(18):72-77 12黄祯祥,邓怀雄,郭延文,周书. 基于MCS-51单片机的温度控制系统J. 现代电子技术,2005,(06)：22-2413李萍.单片机温度控制系统的设计与实现J.固原师专学报,1999,(06)：22-2514冯越,杨继华,俞曙滨.单片机温度控制系统J.自动化技术与应用,1998,(02)：36-3815R.C.C.Leite,J.F.Damen,Phys.Rev.Lett ,on AT89C51 , 2007AD590 temperature sensor and resolution of temperature sampling by A/D cardJ,2005 (45):16-1716J.F.Scott,R.C.C.Leite,and T.C.Damen,Phys.Rev ,The Temperature Intelligence Control System Based on Single-Chip-Microprocessor J.2003(7):66-6717Bernd Markus Pfeiffer. A study of operator effects on ultrasonic measures of fat depth and longissimus muscle area in cattleJInformation Systems and Technologies, KORUS 2002,28(4):169-173.指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见，设计的结果预测或论文的可行性评价）：（根据学生的开题情况以及开题报告的质量从以上3个方面写出具体评价）指导教师：（手签）年 月 日系部意见：（写结论性意见，如：同意开题）系主任：（手签） 年 月 日 注：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，应在导师的指导下，由学生填写，经导师签署意见及系部审核后生效。页脚内容12