恒温烤箱.doc

1、任务书二级学院专 业班 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一、毕业设计目标与任务 设计一个恒温自动调节控制系统，温度可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动调节，以保持与设定的温度基本不变。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。二、实施步骤和方法功能分析本设计的要求做一个设计一个恒温自动调节控制系统，使温度能够由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动调节，以保持与设定的温度基本不变。恒温自

2、动调节控制系统需要哪些功能呢？所以下面进行我们的方案选择；方案选择 1.单片机选择本设计使用STC89C52R单片机作为此次设计的硬件核心。1、一位式的模拟控制方案此方案是传统的一位式模拟控制方案，选用模拟电路，用电位器设定给定值，反馈的温度值和设定值比较后，决定加热或不加热。其特点是电路简单，易于实现，但是系统所地结果的精度不高并且调节动作频繁，系统静差大，不稳定，受环境影响大，不能实现复杂的控制算法，难以用数码管显示或者LCD液晶显示，难以用键盘设定，其方案一框图如图2-1-1所示。比较器温度预置信号放大继电器加热装置数据采集信号放大图2-1-1 一位式模拟控制方案框图2、二位式的模拟控制

3、方案此方案采用单片机系统来实现。单片机软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种控制算法和逻辑控制。单片机系统通过温度传感器（ADC590）对环境温度进行检测，得到模拟的温度信号，在经过A/D转换成数字信号之后，则可用数码管来显示或者用LCD液晶显示温度的实际值，还能用键盘输入设定值，也可实现打印功能。本方案还可选用51单片机（内部含有4KB的EEPROM），不需要外扩展存储器可使系统整体结构较为简单。但是它是一种传统的模拟控制方式，而模拟控制系统难以实现复杂控制规律，控制方案的修改也比较麻烦，其方案二框图如图2-1-2所示。数据采集信号放大温度预置上限比较下限比较信号处理继电器加热装置图2

4、-1-2 二位式模拟控制方案框图3、PID算法控制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

5、,不需要外扩展存储器，可使系统整体结构更为简单，其方案三框图如图2-1-3所示。键盘设定数据采集单片机STC89C52RC电源电路LCD液晶显示继电器加热装置图2-1-3 方案三基于单片机控制的方框图数字PID调整复位电路光指示电路由于方案一和方案二是传统的模拟控制方式，而模拟控制系统难以实现复杂控制规律，控制方案的修改比较麻烦，而方案三是采用单片机为控制核心的控制系统，利用PID控制原理和PWM技术实现对环境温度控制。基于这样的控制原理和PWM技术的优越性，在对温度控制的系统中，它可达到采用其他控制系统所达不到的控制效果，并且可方便实现LCD液晶实时显示、键盘设定、直接可以驱动继电器，其测量

6、结果的准确性和精度是非常高的，故经过对三种方案的比较论证，本设计采用方案三，利用单片机按增量式的PID控制算法对采集的温度数据进行处理，得到控制量，利用增量式的PID控制算法来控制PWM波形的产生进行控制继电器，从而控制加热器的进行加热，实现对环境温度的恒温控制。3.显示模块的选择本设计采用LED四位数码管静态扫描显示，LED数码管价格相对适中，对于显示数字最为合适，而且采用静态扫描法与单片机连接的时候，比较稳定且亮度较高，所以本设计采用的是LED四位数码管作为显示器件。4.输入选择本设计的外部指令对单片机的输入一般是通过按键、键盘等输入器件来实现的。实施步骤；系统调试（一）硬件调试1、系统测

7、试环境（1）环境温度28摄氏度；（2）测试仪器: 数字万用表；（3）数字温度计0-100；2、测试方法（1）打开控制电源，系统工程进入准备工作状态。（2）用温度计标定测温系统，分别使温度稳定在40、50、60、70、80、90，观察系统测量温度值与实际温度值，校准系统使测量误差在1以内。（3）动态测试：设定温度为60，系统由低温开始进入升温状态。开始记录数据，观察超调量、调节时间和稳态误差；系统进入稳态后，用电风扇吹凉，观察系统的抗扰能力。设定温度为90系统由低温开始进入升温状态。开始记录数据，观察超调量、调节时间和稳态误差；系统进入稳态后，用电风扇吹凉，观察系统的抗扰动能力。（4）检验系统的

8、显示、恒温控制、设定等功能。3、继电器测试（1）测触点电阻用万能表的电阻档，测量常闭触点与动点电阻，其阻值应为“0”；而常开触点与动点的阻值就为无穷大。由此可以区别出那个是常闭触点，那个是常开触点。（2）测线圈电阻可用万能表R10档测量继电器线圈的阻值，从而判断该线圈是否存在着开路现象。（3）测量吸合电压和吸合电流找来可调稳压电源和电流表，给继电器输入一组电压，且在供电回路中串入电流表进行监测。慢慢调高电源电压，当继电器一闭合导通时，立即记下该吸合电压和吸合电流。为求准确，可以试多几次而求平均值。（4）测量释放电压和释放电流也是像上述那样连接测试，当继电器发生吸合后，再逐渐降低供电电压，当继电

9、器一进入断开状态时，记下此时的电压和电流，亦可尝试多几次而取得平均的释放电压和释放电流。一般情况下，继电器的释放电压约在吸合电压的1050，如果释放电压太小（小于1/10的吸合电压），则不能正常使用了，这样会对电路的稳定性造成威胁，工作不可靠。（二）软硬调试通过对系统的硬件、软件调试，基本上达到了该控制系统原设定的要求，数字温度传感器读温度并进行数码管显示。能够在10分钟之内通过控制继电器的通断进行加热达到预定温度值。当温度差大于5时，通过PID调整控制数字脉冲的宽度使继电器产生有效的动作，进行220V交流电加热以达到预定温度，如果温度差小于5时，则进行PID调整加热达到原预定温度。实验数字如

10、表5-1-1所示、如表5-1-2所示。表5-1-1实验数字水量/L设置温度/实际温度/误差/使用时间/S23030.40.45324040.50.512625050.40.418826060.30.325527070.40.433728080.20.238629090.50.5445表5-1-2实验数字水量/L设置温度/实际温度/误差/使用时间/S33030.50.57534040.40.414835050.40.420736060.50.527337070.30.334638080.30.340539090.40.44731.元件选择与测试在挑选元器件时，在没有符合要求值的元器件时，找相似的

11、代替，并且测试该元器件的可行性。在选择好元器件后，测试各元器件的正常值。2.仿真对程序进行仿真测试，检测有无语法逻辑错误，可对程序中的初值（变量）进行修改，来检测程序的错误。3.制作pcb板将原理图导入到pcb，通过热转印机转印到覆铜板上，进行腐蚀后插接元器件。4.系统调试对成品板进行全方面的检测，对程序进行测试，以及包括对各个引脚的通断，有无虚焊进行检测。实施方法1.上网参考医用计时器相关文献2.确定原理图的可行性3.仿真与制作PCB板4.系统调试四、各阶段时间安排，应完成的工作量：序号各阶段工作内容起讫日期备 注1设计前准备，确定原理图和元器件2016.12-2017.1 2进行仿真测试2

12、017.1-2017.2 3硬件设计2017.2-2017.3 4软件设计2017.3-2017.45系统调试2017.4- 2017.56产品包装2017.5-五、成果材料1.样机一套2.设计方案一份六、参考资料1孟庆昌等.C语言程序设计.北京：人民邮电出版社，2003年；2. 姚富安电子电路设计实践M.济南：山东科学技术出版社，2001年3. 康华光电子技术基础（第四版）M.北京：高等教育出版社，1998年；指导老师签名： 年 月 日设计方案二级学院专 业班 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一、 选题依据（含意义、价值） 温度是工业上常见的被控参数之一，特别是在冶

13、金、化工、建材、食品加工、机械制造等领域，恒温控制系统被广泛应用于加热炉、热处理炉、反应炉等。在一些温控系统电路中，广泛采用的是通过热电偶、热电阻或PN结测温电路经过相应的信号调理电路，转换成AD转换器能接收的模拟量，再经过采样保持电路进行AD转换，最终送入单片机及其相应的外围电路，完成监控。但是由于传统的信号调理电路实现复杂、易受干扰、不易控制且精度不高。本文介绍单片机通过数字温度传感器检测外部温度对水箱进行恒温控制的设计，通过控制继电器的通断，进而控制电炉的加热来实现恒温控制。因此，本系统采用一种新型的可编程温度传感器（DS18B20），不需复杂的信号处理电路和AD转换电路就能直接与单片机

14、完成数据采集和处理，实现方便、精度高，可根据不同需要用于各种场合。在日常生活中，也经常用到电烤箱、微波炉、电热水器、烘干箱等需要进行温度检测与控制的家用电器。采用单片机实现温度控制不仅具有控制方便、简单、灵活等优点，而且可以大幅度地提高被控温度的技术指标二、 毕业设计内容基于使用51单片机控制，实现温度的一个恒温控制三、毕业设计技术方案、路线技术方案1. 元件选择与测试本设计选择，STC89C52RC单片机2. 仿真通过在proteus7.8绘制仿真图，如图所示，将电路的按键模块，驱动模块，显示模块，以及蜂鸣报警模块绘制后，将程序导入到单片机，开始仿真测试3. 系统调试第一步：眼睛目测 第二步：万用表检测 第三步：上电检测 第四步：