内容发布更新时间 : 2024/12/26 23:53:24星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
恒温箱控制系统的设计毕业论文
系统总体设计
根据要实现的功能特点，本系统选用了MCS—系列8031单片机，扩展一片74LS373地址锁存器,2716EPROM程序存储器和一片A／D转换芯片ADC0809，构成基本系统，另外功能键和LED显示由串行口扩展n片74LS164实现。还有一些附加电路如温度检测电路、电压检测电路、报警电路、时钟电路、复位电路和电热丝、电风扇启停控制电路及热敏电阻检测传感器电路等。
本系统为单片机恒温箱控制系统的设计，恒温箱供科研机关及医院细菌培养之用，也可以做育种、发酵与及其他实验之用。
恒温箱加热功率为200~700W，电源为交流220V，调温范围在+3~60℃，升温速度0.5℃/min,温度控制精度为±0.5℃。
本控制系统实际达到的性能指标：
①控制容量 ，AC250V，5A，阻性负载 ②温度设定， 2位十进制数拨盘
③实时显示水温，范围为0~100℃，3位LED数码管
④设定3个测温点，测量范围可在20~80℃范围任意设定水温 ⑤具有预约功能，24h任意设定开机时间
⑥具有LED数码显示实时温度，进行设定操作时闪烁显示设定水温、时间，并有预约、保温/加热指示
⑦可随时察看和校正系统时钟 ⑧配有遥控器，控制更加简单方便 ⑨超温断电保护并报警功能
⑩出现漏电流故障时，迅速切断电源并提示报警功能 ⑾系统断电能保护设定数据
针对本人设计的这个课题，本文讨论了由数字温度传感器配合光电隔离及中间继电器来控制风扇和加热器的工作,由此来实现现场由电脑全自动测量温度和控制温度。
本文所研究的是现场电脑全自动控温系统,要求可以测量现场的温度的准确性，实 用中间继电器来控制风扇和电热器的工作，同时要求操作方便，显示直观，人机界面友好，工作可靠且具有完备的保护功能，以适应现场的需要。
本系统考虑到水温变化范围较小，利用数值键按键较多，该恒温箱温度的设置是通过三个功能键来完成的，即：“设定”键、“＋”键、“－”键。当需要调整温度时，先按下设定键再按“＋”键设定温度增1、按“－”键温度减1，直到所需温度为止。单片机I／O线较多，按键可与I／O口直接连接。温度显示电路利用3位数码管显示温度，显示温度范围0℃～100℃，显示电路按常规方法通过驱动电路直接与I／O口连接。
因该控制器对温度要求精度不高，传感器选用价格便宜的热敏电阻即可满足要求。传感器输出的信号经放大后可直接连单片机信号输入端（单片机内有A／D），由软件来启动A／D转换并与设定值比较，当测定值低于设定温度值时，使加热管加
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热，当测定值达到设定温度时，停止加热。在程序设计时做了回差设计，避免加热管频繁开关。
目前市场上的电热水器又连续水流式和贮水式，前者虽具有加热速度快和体积小的优点，但需要的功率大，大多数家庭供电线路难以承受。而市场上传统的机械式电热水器控制功能不完善,而且精度低、可靠性差，生活质量的提高使得消费者对电热水器要求越来越趋向于智能化和数字化，因此我们采用MCS——51系列单片机作为控制中心设计了这款智能家用电热水器。
由于考虑到热水器的潮湿的工作环境对单片机的特殊要求，我采用了MCS——51系列8031的单片机作为控制中心.它具有抗干扰能力强,工作可靠稳定,完全满足高性能的电热水器的控制要求.同时考虑到家电业的激烈竞争，节约生产成本，我们用尽量简单的器件实现这些功能，并充分利用内外围功能，以提高产品的性价比，稍加改进，便能以较低成本应用于实际批量生产中。
温度控制系统介绍
1 单片机温度控制系统的组成及工作原理
在工业生产中, 对温度控制系统的要求, 主要是保证热温按规定的温度工艺曲线
变化, 超调小或者无超调, 稳定性好, 不振荡, 对系统的快速性要求不高。以下浅析了单片机电热水器控温系统设计过程及实现方法。热敏电阻将热温变换为模拟电压信号, 经低通滤波滤掉干扰信号后送放大器, 信号放大为0～5 V 后送模/ 数转换器转换为数字量送单片机。同时, 热电阻的冷端温度也由IC 温度传感器变为电压信号, 经放大和转换后送单片机。标度变换程度根据温检测值求得实际热温 θ。数字调节器程序根据恒温给定值θ0 与θ的偏差Δθ, 按积分分离的PID 控制算法得到输出控制量ui 。数字触发器程序根据uc 控制电热水器的导通时间, 调节热温的变化使之与给定恒温值一致。导通时间长, 输出功率大, 温度升高快; 导通时间短, 输出功率小, 温度升高变慢。显示与恒温判断程序完成热温θ与恒温时间显示、恒温开始与恒温完成判别、恒温完成时给出声光指示信号。断偶判断程序根据温度检测值判断温度传感是否开路, 若开路, 则给出断偶报警信号。
而随着现代工业的逐步发展，在工业生产中，温度、压力、流量和液位是四种最常见的过程变量。其中，温度是一个非常重要的过程变量。例如：在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等许多领域，都需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉的温度进行控制。然而，用常规的控制方法，潜力是有限的，难以满足
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较高的性能要求。采用单片机来对它们进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大的优点，而且可以大幅度提高被测温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的控制问题。
单片机温度控制系统，是利用单片机作为系统的主控制器，测量电路中的温度反馈信号经A/D变换后，送入单片机中进行处理，经过一定的算法后，单片机的输出用来控制可控硅的通断，控制加热炉的输出功率，从而实现对温度的控制。 本单片机温度控制系统的具体指标要求是，对加热器加热温度调整范围为0℃—100℃，温度控制精度小于±0.05℃，系统的超调量须小于5%。软件设计须能进行人机对话，考虑到本系统控制对象为恒温箱，是一个大延迟环节，且温度调节范围较小，所以本系统对过渡过程时间不予要求。
单片机是一种集CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统于一体的器件，只需要外加电源和晶振就可以实现对数字信号的处理和控制。本设计运用MCS-51系列单片集中的8031单片机为主控制器，对恒温箱的温度进行智能化控制，最终通过软件设计来实现人机对话功能，实现对的恒温箱温度控制。
整个系统也可划分为控制电路部分、加热电路部分和测量电路三部分。控制电路是由单片机来处理给定信号和反馈信号，发出相应的指令来控制可控硅，是系统的核心。8031对温度的控制是通过可控硅调功能电路实现的。在给定的周期T内，8031只要改变可控硅管的接通时间便可改变加热丝的功率，从而达到调节温度的目的。而可控硅的接通时间可以通过可控硅极上触发脉冲控制。该触发脉冲由8031用软件在P1.3引脚上产生，受过零同步脉冲同步后经光耦合管和驱动管输出送到可控硅的控制极上。过零同步脉冲是一种50HZ交流电压过零时刻的脉冲，可使可控硅在交流电压正弦波过零时触发导通。该脉冲一方面作为可控硅的触发同步脉冲加到控制电路中，另一方面还作为计数脉冲加到8031的T0和T1端。
加热电路用来实现对系统的升温加热达到预定的温度。当温度没有达到要求，控制电路利用双向可控硅的通断特性来决定加热电路的通电与断电。
系统的硬件设计
根据要实现的功能特点，本系统选用了MCS—系列8031单片机，扩展一片2716EPROM程序存储器和一片A／D转换芯片ADC0809，构成基本系统，另外功能
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