可控制硅恒温箱报告.docx

基于51单片机的恒温箱控制系统设计摘要：本设计是基于AT89C52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：电源、温度传感器、显示、控制、晶闸管驱动和报警的设计；软件包括：键盘管理程序设计、显示程序设计、PID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，进行液晶显示，当加热到设定值后立刻报警。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AT89C52为主控芯片，液晶作为显示输出，实现了对温度的实时测量与恒定控制。关键词：恒温箱、晶闸管、单片机、PID引言：温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用，其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。对于不同场所、不同工艺、所需温度高低范围不同、精度不同，则采用的测温元件、测温方法以及对温度的控制方法也将不同；产品工艺不同、控制温度的精度不同、时效不同，则对数据采集的精度和采用的控制算法也不同。因而，对温度的测控方法多种多样。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。利用微机对温度进行测控的技术，也便随之而生，并得到日益发展和完善，越来越显示出其优越性。然而现有的温度传感元件大多为模拟器件（热电耦）体积大、应用复杂、而且不容易实现数字化等缺点，阻碍了应用领域的扩展。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。正文：1.自制恒温箱要求如下图所示，恒温箱采用木箱或纸箱（外形尺寸不大于30cm×30cm×30cm），内置白炽灯泡（功率不大于100W）用于加热。（1）温度采集传感器采用热电阻或热电偶，或一体化数字温度传感器DS18B20。（2）控制灯泡亮度或发热量，采用继电器开关控制或用可控硅平滑控制。（3）采用单片机或PLC作为控制器。（4）采用LED或LCD或PC机的液晶显示器作为显示器，同时显示给定温度和实际温度。（5）采用自制按键或PC机的键盘作为温度给定值输入。（6）恒温箱实际温度达到给定值时（误差要求±1℃）需声光提示，声音时延5秒后停止。（7）恒温箱最高温度≤50℃。2.总体设计思路首先是电源模块，利用变压器把220V的交流电转为正负12V的交流电，再用二极管桥式整流电路，整流出直流电。之后用大电容平波，小电容滤波，之后在用7805稳压芯片稳出5V的直流电，供给各个部分。其次是单片机的外围电路，其中包括有单片机最小系统、LCD显示、按键、晶闸管控制电路以及温度采集电路。总体框图如下：图13.论证3.1 温度传感器方案一：采用热敏电阻，可满足40～90℃的测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性都比较差，其测量温度范围相对较小，稳定性较差，不能满足本系统温度控制的范围要求。方案二：采用温度传感器铂电阻 Pt1000。铂热电阻的物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件，且此元件线性较好。在 0—100 摄氏度时，最大非线性偏差小于 0.5 摄氏度。铂热电阻与温度关系是，Rt = R0(1+At+Bt*t);其中 Rt 是温度为 t 摄氏度时的电阻；R0 是温度为 0 摄氏度时的电阻；t 为任意温度值，A,B 为温度系数。方案三：采用模拟温度传感器AD590K，AD590K具有较高精度和重复性（重复性优于0.1℃），其良好的非线性可以保证优于±0.1℃的测量精度。但其测量的值需要经过运算放大、模数转换再传给单片机，硬件电路较复杂，调试也会相对困难，所以本系统不宜采用此法。方案四：采用数字温度传感器DS18B20，DS18B20提供九位温度读数，测量范围-55℃~125℃，采用独特1-WIRE总线协议，只需一根口线即实现与MCU 的双向通讯，具有连接简单，高精度，高可靠性等特点。并且,DS18B20支持一主多从,若想实现多点测温,可方便扩展。综合以上四种方案，本设计采用第四种方案，利用数字温度计DS18B20作为温度传感器。3.2 输出控制方案一：采用继电器，易于控制，且实行比较简单，但强电和弱电不能很好的隔离，抗干扰能力极差，开关频率不能太高，灯泡会一直闪烁。方案二：采用固态继电器，易于控制，电路简单，但需要PWM波来进行控制，普通51单片机无PWM口，故不采用此法。方案三：采用晶闸管，控制信号与输出信号可以很好的隔离，增强了系统的安全性和抗干扰能力。综合以上三种方案，本设计采用晶闸管控制负载工作。4.硬件设计根据恒温箱控制器的功能要求，并结合对51系列