基于单片机的智能恒温箱设计

成都理工大学2011毕业答辩基于单片机的智能恒温箱设计作者姓名：####专业名称：电气工程及其自动化2020.12前言智能恒温箱主要是用来

控制温度。随着现代科

学技术的发展，恒温控

制系统可以供科研机构

和医院用作细菌培养之

用，也可用于育种、发

酵、婴儿培养箱及其他

生物恒温实验，且对其

性能要求也越来越高。

因此，恒温控制系统的

设计有很大的现实意义。1恒温箱的系统概述

此次设计的温度控制系统主要是由中央控制器、温度检测器、显示器等模块组成。

采用单片机为主控制器，通过数字传感器测得箱内温度，再将温度信号送入主控制器，完成恒温箱的温度控制。

箱内温度可保持在设定的温度范围内。当设置的温度高于实时温时，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。1.1

系统的基本组成温度设定按钮：用来设定预定温度。温度显示：显示实时温度和设定温度。温度调节：调节设定温度。

显示转换按钮：实时温度和预设温度显示切换。

温度采集：用于采集恒温箱内的实时温度。信号指示灯：指示当前系统的工作状态。1.2恒温箱的工作过程

设定预定温度：闭合“温度设定”开关，进入调节状态，此时显示设定的温度。按“温度加”，

“温度减”设定预定温度。

温度采集和计算：单片机通过与温度传感器进行通信，获取实时温度信息，并将所获取的温度信息数据转化为摄氏温度的形式存储起来。

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。实时温度显示：将实时温度显示在LED数码管上。

设定温度显示：按下“温度显示切换”按键，然后

LED显示器就会显示设定预期的温度，显示时间为数秒。2智能恒温箱的硬件设计

本章讲述了以80C51为核心元件的恒温箱的硬件电路具体设计过程。

主要包括周边的温度采集电路，时钟电路，温度控制电路，显示电路等。设计时注意以下几个方面：尽可能采用功能强的芯片，以简化电路留有设计余地，考虑将来修改扩展的方便。

片内程序空间足够大，本次采用80C51单片机。在硬件电路设计就预留出一些I/O端口。2.1

80C51单片机简介一个8位CPU。一个片内振荡器及时钟电路。4KB

ROM程序存储器。128B

RAM数据存储器。

可寻址64KB外部数据存储器和

64KB外部程序存储空间的控制电路。

32条可编程的I/O线（4个8位并行

I/O端口）。两个16位定时/计时器。一个可编程全双工串口。5个中断源、两个中断优先级。2.2时钟频率电路设计单片机必须在时钟的驱动下才能工作，在单片机内部有一个时钟振荡电路，只需要外接一个振荡源就能产生一定周期的时钟信号送到单片机内部的各个单元，决定单片的工作频率，时钟电路如右所示。时钟电路工作原理

一般选用石英晶体振荡器。此电路大约延迟

10ms后振荡器起振，在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶体的频率确定。

单片机工作时，由内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元的时钟信号的周期称为时钟周期，其大小是时钟信号频率的倒数，时钟信号频率常用fosc表示。图中时钟频率为12MHz，即fosc=12MHz，则时钟周期为1/12μs。2.3复位电路设计单片机的第9脚RST为硬件复位电路，只要在该端加上持续4个机器周期的高电平即可实现复位，复位后单片机的各个状态都恢复到初始化状态，其电路图如右图所示。手动复位时，按一下图中的按钮即可，当按键按下的时候，单片机的9脚RST管脚处于高电平，此时单片机处于复位状态。2.4七段LED数码管的原理LED数码管显示器由8

个发光二极管中的7个长条发光二极管按a、

b、c、d、e、f、g顺

序组成“8”字形，另一个点形的发光二极管

放在右下方，用来显

示小数点。2.5显示电路设计图中RP1为电阻盒，相当于8个独立的电阻的一端接在一起并接电源，另外一端分别接出引线，在显示电路中作为上拉电阻。图中有2个七段LED数码

管，它们的公共端1、2分别接到单片机的

P2.0、P2.1口，单片机的这2个I/O口输出位选信号用于动态扫描。2.6开关键盘设计指拨开关面板上通常会标有“ON”或其他记号，若将开关拨到“ON”的一边，则接点接通（on），拨到另一边则为断开（off）。若要

以开关作为输入电路，通常会接一个电阻到Vcc或GND，做上拉电阻或下拉电阻。2.7指示灯电路实时温度和设定温度切换时，为了明白LED数码管显示的是哪种温度，可以用两个发光二极管来指

示，如果标有“实时温度”标记的发光二极管点亮，则表示数码管

显示的是实时温度，如果标有“设定温度”标记的发光二极管点亮，则表示数码管显示的是设定温度。图中两个发光二极管分别与单片机的P2.6，P2.5口相连，单片机把显示何种温度的信号送给这两个

口，对应的发光二极管就会点亮，信号为低电平有效。2.8温度采集电路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提供一个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。温度计算方法举例

例如当DS18B20采集到+125℃的实际温度后，输出为07D0H，则：实际温度=07D0H╳0.0625=2000╳0.0625=125.0℃。

例如当DS18B20采集到-55℃的实际温度后，输出为FC90H，则应先将11位数据位取反加1得370H（符号位不变，也不作为计算），则：实际温度=370H╳0.0625=880╳0.0625=55.0℃。总体硬件电路图3软件系统设计

监控软件，它是专门用来协调各执行模块和操作者的关系，使在系统软件中充当组织调度角色的软件。

执行软件，它能完成各种实质性的功能，如测量，计算，显示，打印，输出控制和通信等。

本程序中包括了以下主要程序：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，显示切换子程序。3.1主程序流程图开始初始化设定温度温度采集计算温度比较处理显示温度温度显示切换结束3.2温度设定子程序流程图3.3温度比较子程序流程图温度比较子程序A,TEMPER_SET,COMPP1.0•COMPARE:•DIV

AB•MOV

TEMPER_SET,R0•CJNEA,#0H,COMP1•••MOV

A,R7CJNESETB••SETBP1.1CLRP1.0•SETBP1.1••LJMP

EXITCOMP1:••RETCOMP:•SETBP1.0••MOVA,R7MOV

B,R0•••CLR

P1.1EXIT:RET5软件调试与仿真具体仿真过程如下：致谢此次毕业设计能够顺利完成与我的导师孙莉莉的悉心指导是分不开的。在此，我向孙老师致以真诚的谢意和敬意！感谢同学们在做论文时