1、 广德爱众 砺能善医 - 1 - 毕 业 设 计 作 品 题 目： 恒温烤箱 姓 名： 专 业： 应用电子技术 班 级： 学 号： 校内指导老师： 校外指导老师： 填表日期： 湘潭医卫职业技术学院教务处制 - 2 - 湘潭医卫职业技术学 院 毕业设计作品 二级学院 医管学院 专 业 应用电子技术 班 级 姓 名 学 号 校内指导老师 毕业设计名称 恒温烤箱 校外指导老师 毕业设计时间 目录 1.设计功能 3 2.设计方案 3 3.硬件设计 4 3.1 CPU 主控模块设计 4 3.1.1、 STC89C52RC 单片机简介 4 3.1.2、 晶振电路与复位电路的设计 5 3.2 主电源电路设计
2、 5 3.3 温度采集模块设计 6 3.3.1、 DS18B20 的特点 6 3.3.2、 DS18B20 与单片机的接口电路 6 3.4 继电器模块及工作指示模块设计 7 3.4.1、继电器模块 7 3.4.2 硬件系统原理图 7 3.4.3 硬件系统 pcb 图 8 3.5 程序模块 9 3.5.1、主程序 9 3.5.2、 温度传感器驱动子程序 9 3.5.3、 键盘扫描处理程序 11 3.5.4、 温度检测与控制子程序 12 3.6 工作原理 13 3.7 成品图片 13 - 3 - 4.软件设计 14 4.1 工作流程 14 4.2 建立数学模型 14 5.系统调试 15 5.1 硬
3、件调试方案 15 5.1.1 硬件调试 15 5.2 软件调试方案 16 5.2.1 软硬调试 16 5.3 调试结果 16 6.小结 17 7.参考文献 18 1.设计功能 设计任务： 利用单片机 STC89C52RC 实现温 度 的智能控制 ，使温 度 能够在 60左右 实现 恒定 温度调节 ， 利用 数字温度传感器 读出温 度 ，并在此基础上将温 度 调节到通过键盘 设定 的温度，并通过数码管显示实现时实当前温度 。 设计目标：完成毕业设计，按要求达到预期效果。 2.设计方案 此方案采用单片机为控制核心的控制系统，尤其对温度控制，它可达到核心的控制作用，并且可方便实现液晶显示、键盘设定及
4、利用 PID 算法来控制 PWM 波形的产生，进而控制电炉的加热来实现恒温控制，其所测结果精度也大大的得到了提高，在利用 PID 算法来控制 PWM 波形的产生，是有效的控制数字脉冲的输出宽度 ，使继电器得到有效和有序的逻辑控制，不会使继电器产生误动作。 再加上单片机的软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种控制算法和逻辑控制。它可以通过用数字温度传感器采集到的实际温度直接进行 LCD 液晶显示，还能用键盘输入设定值，并且内部含有 4KB 的 EEPROM,不需要外扩展存储器，可使系统整体结构更为简单 测试内容： （ 1）预置时显示设定温度，达到定温度时显示实时温度，精确到 0.5。 （
5、2）恒温箱温度可预置，在误差范围内恒温控制，温度控制误差 1。 （ 3）恒温板由小太阳加热环加热。 - 4 - （ 4）升降温度可以 通过键盘控制 （ 5） 启动后有运行指示，温度 低于 预置温度时 进行 220V 全加热。 （ 6） 有较强的抗干扰性能 ，对升降温过程的线性没有要求 。 3.硬件设计 3.1 CPU 主控模块设计 3.1.1、 STC89C52RC 单片机简介 STC89C52RC 是一种 带 4K 字 节闪 存 可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。 STC89C52RC 是一种带 4K 字节闪 存 可编程可擦除只读存储器 的单片机。单
6、片机的 可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次 。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪 速 存储器组合在单个芯片中， ATMEL 的 STC89C52RC 是一种高效微控制器 ， STC89C52RC 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 AT89C52 其引脚图如下 ; 3.1.2、 晶振电路与复位电路的设计 单片机内部带有时钟电路，只需要在片外通过 XTAL1、 XTAL2 引脚接入定时控制单元（晶体- 5 - 振荡和电容），即可构成一个稳定的自激振荡器。 复位
7、电路采用按键电平 复位，它通过复位端经电阻与 +5V 电源实现，只要能保证复位信号高电平持续时间大于 2 个机器周期就可实现复位，其电路如图 3-1-1 所示。 复位电路 晶振电路 3.2 主电源电路设计 本系统采用双电源输出，分别是 +5V、 +12V 输出。 +5V 是系统 供电 电源， 12V 是继电器工作 供电 电源。 本装置的直流稳压电源采用通常的桥式全波整流、电容滤波、三端固定输出的集成稳压器件进行设计 ， 并且所有的集成稳压芯片均装有充分裕量的散热片 。系统的供电电源电路如图3-2-1 所示。 3.3 温度采集模块设计 3.3.1、 DS18B20 的特点 （ 1）单线接口方式
8、， 与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现双向通讯 。 （ 2）在使用中不需要任何外围元件 。 （ 3）可用数据线供电，电压范围： +3.0 +5.5 V。 图 3-1-1 复位电路和晶振电路图 装图 图 3-2-1 主电源电路 - 6 - （ 4）测温范围： -55 +125 。固有测温分辨率为 0.5 。 （ 5）通过编程可实现 9 12 位的数字读数方式 。 （ 6） 用户可自设定非易失性的报警上下限值 。 （ 7） 支持多点组网功 能，多个 DS18B20 可并联在惟一的三线上，多点测温 。 （ 8）负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热烧毁，不能正常工作 。 3.3.2、 DS1
9、8B20 与单片机的接口电路 DS18B20 的引脚图及单片机的接口电路如图 3-3-1 所示。 3.4 继电器模块及工作指示模块设计 3.4.1、继电器模块 继电器是一种电控制 器件 。它具有控 制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制 电路 中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种 “ 自动开关 ” 。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 图 3-3-1 DS18B20 电路 - 7 - 继电器电路 3.4.2 硬件系统原理图 3.4.3 硬件系统 pcb 图 - 8 - 3.5 程序模块 3.5.1、主程序 主程序完成系统
10、的初始化， 调用 温度 模块程序 ,对其 预置 值 及其合法性 进行 检查，预置温度的显示 ,调用键盘扫描模块等。 若正常执行完三个子程序，则返回初始化进入到其它的状态， 主程序的流程图见图 4.-3-1 所示。 开 中 断 调用温度传感器数据采集子程序 调用键盘扫描处理子程序 调用显示子程序 关 中 断 开 始 初 始 化 - 9 - 图 4-3-1 主程序流程图 3.5.2、 温度传感器驱动子程序 根据 DS18B20 的通讯协议， 单片机 控制 DS18B20 完成温度转换必须经过三个步骤：每次读写之前都要对 DS18B20 进行复位，复位成功后 再 发送一条 ROM 指令，最后发送 R
11、AM 指令，这样才能对 DS18B20 进行预 定的操作。复位要求 单片机 将数据线下拉 500us，然后释放， DS18B20 收到信号后等待 16 60us 左右， 再 发出 60 240us 的存在低脉冲， CPU 收到此信号表示复位成功。 本系统对 DS18B20 进行的操作主要包括 两 个子过程： （ 1）读取 DS18B20 的序列号 。 主机首先发一复位脉冲，等收到返回的存在脉冲后，发出搜索器件的序列号命令，读取 DS18B20 的序列号； （ 2） 启动 DS18B20 作温度转换并读取温度值 。 主机在收到返回的存在脉冲后，发出跳过器件的序列号命令，跟着发出温度转换命令，再次
12、复位并收到返回的存 在脉冲后，发送 DS18B20 的序列号，读出数据 ，程序 流程 如图 4-3-2 所示。 发送读暂存器命令读取温度值 读取 48 位 ID 号 启动温度转换 开 始 返 回 初 始 化 图 4-3-2 温度传感器驱动子程序流程图 - 10 - 3.5.3、 键盘扫描处理程序 键盘模块的处理是通过对 按键进行操作的。具体流程图 4-3-3 所示。 3.5.4、 温度检测与控制子程序 读取 18B20的实时数据与设定值的比较，开始进行加热，在加热的过程中需要进行每 2秒一次的跟踪检测，并把检测到的实时数据与设定值比较，根据比较结果进行不同方式的加热，其具体流程如图 4-3-4 所示。 按键扫描 开始 有相关功能按键按下？ 设置相关标志位 返回主程序 否 是 图 4-3-3 键盘扫描处理 流程图
