电热恒温箱的单片机控制系统设计.doc

课程设计题目：电热恒温箱的单片机控制系统设计 本课程设计介绍了一种电热恒温箱的单片机控制系统。在温度采集方面选用了美国国家半导体公司的集成化半导体传感器LM134。也可使用国内生产的同类型产品。集成化传感器是新型器件，它比直接用一个PN结作传感器灵敏度高、线性好、使用方便。控制系统主要有三大部分组成，分别是温度采集部分、温度控制部分、控制信号的输出执行部分。系统设计使用的芯片都是系统设计经常用到的器件，微处理机采用美国ATMEL公司推出的单片微机STC89C52 技术参数和设计任务： 1、利用STC89C52单片机构成的主电路，以实现对温度的控制； 2、为使电路中各功能有条不紊进行，设计时钟电路来实现； 3、为了有效的控制好温度，设计温度输入输出通道电路来实现； 4、为了能够实现人机交互功能，设计了键盘电路和显示电路来实现； 5、温度检测部分选用合适的温度传感器和ADC转换器实现对温度的测量； 6、为了更有效的观察恒温箱，设计显示系统电路来实现； 7、输出控制部分由电炉采用晶闸管来实现，通过如DAC0832转换成模拟量，从而控制电阻丝的通电加热功率； 一、本课程设计系统概述 1、电热恒温箱单片机控制系统研究的理论意义及应用价值 随着时代的发展以及人民生活水平的提高，人们对传统的育种，发酵等方法感到厌烦，它们不仅复杂而且麻烦。根据市场、用户等方面的实际需求，对恒温箱的要求也有不同，而恒温控制是恒温箱的核心，在允许的温度范围内，以较好设计方法，对于节省电能、延长设备的使用寿命均十分有利。 电热恒温箱的实际应用环境，要求我们对它的设计要考虑好其工作的实际环境。而控制温度的先决条件是必须能够精确地掌握实时温度。可见，研制一套切合实际需要的温度检测系统是十分必要的。 电热恒温箱的单片机控制系统投入使用后，可精确显示实时温度，还可提供温度打印，为温度控制提供依据，能满足各种实际需要，节省电力和人力，提高生产效率。不仅如此，通过历史温度记录数据的分析还可以对温控系统进行研究，为进一步开发和挖掘更好的电热恒温系统提供更多的理论依据，所以，本系统的研究具有较高的使用价值。 2、本课程设计主要研究内容 虽然电子恒温控制系统的应用已相当普遍，但是，伴随着新器件的诞生、新技术的涌现，在新需求的推动下，温度控制系统的整体结构、器件选择、数据传送及操作界面等方面仍需不断研究和创新。 本文将针对现有系统结构复杂、温度检测精度不高、数据传输距离短、主控操作界面不直观这四个方面问题展开研究。 通过对目前各种温度传感器的分析与研究，对温度传感器做出合理选择，达到优化整体结构，提高温度检测精度，同时使系统便于维护的目的。 通过对各种信号传输方式的分析和研究，在保证系统结构简洁、具有较高性价比的基础上，提出延长数据输出距离的新方案。 通过对系统应实现功能的分析和研究，设计出更好控制系统。 本文的研究重点将放在温度传感器的选择、提高测温精度、测温数据的远距离传输这三个方面。 总之，本课题研究以期研制出一套简洁实用、精确稳定、使用直观、维修方便的电子恒温箱单片机控制系统。 3、系统结构图及简要说明 图1系统硬件结构示意图 电路部分以AT89S51单片机为核心部件，考虑来自供电电源、接口电路、程序跑飞等的干扰情况，采取了必要的软、硬件干扰措施。电路板上主要包括数据采集电路、键盘与显示电路、控制输出电路、模拟电源、数字电源、蜂鸣器等。 二、硬件设计 1、温度传感器 （1）热敏电阻温度传感器 热敏电阻是用某种金属氧化物为基体原料，加入一些添加剂，采用陶瓷工艺制成的具有半导体特性的电阻器，其电阻对温度变化很明显，电阻温度系数比金属的大很多，被称为热敏电阻。热敏电阻分为三种类型：正温度系数热敏电阻，负温度系数、热敏电阻和临街温度系数、热敏电阻。它们的共同特点是灵敏度高，从复性好，工艺简单，便于工业化生产，因而成本较低，应用很广泛。 1）标称电阻值 标称电阻是热敏电阻在25oC时的零功率状态下的阻值。其大小取决于热敏电阻的材料和它的几何尺寸。如果环境温度不是25oC，而在25oC~27oC之间，则按下式计算 （1） 2）电阻温度系数 用于描述温度的变化引起电阻变化率变化的参数。指在规定的温度下，单位温度变化使热敏电阻值变化的相对值。用下式表示 （2） 3）时间常数 尽管热敏电阻的几何尺寸可以制作得很小，但它还是有热惯性的。时间常数ζ就是表征热敏电阻值惯性大小的参数，其数值等于热敏电阻在零功率测量状态下，当环境温度突变时，热敏电阻的阻值从起始值变化到最终变化量的63%时所需的时间。 4）额定功率(Peq \o(\s\