基于單片機恒溫箱控制系統設計

劉丹妮 陳騰飛

摘要：本系統設計是基于STC89C51單片機的恒溫箱控制管理系統，主要硬件部分有：DS18B20溫度傳感器、顯示、鍵盤、報警和復位的設計;軟件主要功能是編輯溫度顯示驅動程序、控制程序設計和報警程序的設計等。本設計主要功能是通過設置和調節初始溫度的數值，在液晶屏上顯示，當溫度超出設置溫度時，報警系統將會啟動進行報警，然后啟動復位系統將加熱系統關閉，實現復位。

關鍵詞：單片機STC89C51 溫度控制 恒溫箱 溫度傳感器DS18B20

0引言

隨著科技水平的提高，各領域對溫度調節的要求也越來越高。本設計以家用便攜恒溫箱為例，采用數字溫度傳感器DS18B20，因其A/D 轉換器在內部集成，使得電路板上的電路布線結構簡單，從而減少溫度測量轉換時的精度損失，使測量溫度更加精確。由于單片機功能強大，并且具有控制簡單、程序載入靈活等特點，因此本設計硬件電路以STC89C51單片機為核心來實現溫度控制;選擇51單片機作為小型溫度采集系統，與傳統設計相比，具有成本低、使用方便、相對測量精度高等優點，潛在的實際應用價值較高。系統還采用具有溫度數值的顯示和溫度設置功能，具備下限溫度警報和自動實時控制的功能，設計時有蜂鳴器可自動報警，提高了數值控制恒溫箱系統工作的穩定可靠性和日常使用的安全性。

1電路功能模塊介紹

系統設計由時鐘電路、鍵盤輸入電路、復位電路和加熱制冷電路等組成。

1.1時鐘電路

單片機必須通過外部時鐘的振動來啟動，才能正常連續驅動。在單片機的內部設有同步時鐘振蕩電路，在振蕩器連接到外部的情況下，可以將時鐘信號提供給單片機內部的各部分，直接決定外部的單片機整體正常工作的時鐘頻率。本設計中，使用內部振動方式，振動振蕩器振動，形成矩形時鐘脈沖序列時，僅用為XTAL1和為XTAL2上外部連接定時反饋電路，電路中的兩個電容器的作用是幫助振蕩器的起振和微調振蕩器的頻率。在電路的設計上面，為了減少寄生電容以及使振蕩器穩定、可靠的工作，選用的陶瓷振蕩器盡可能接近單片機芯片。如圖1所示

1.2鍵盤輸入電路

本次的設計是采用按鈕電路來代替鍵盤來輸出數值，用以控制編譯器程序運行時進行的數據輸入或者是特殊功能的選擇性設置和操作。在控制電路中，如果一個按鍵的數量很少，那么就可以選擇使用一個按鍵來對應另一條輸出線進行控制，即為獨立式的按鍵。在兩個電路相互連接的情況下，所有的數據輸入線都接高電平，而每一次按鍵按下的時候相連的數據輸入線要轉為低電平，未處理可以判斷有沒有按鍵被按下。

1.3復位電路

復位系統電路啟動是一種專門設計用來將一個電路啟動恢復起始時的運行工作狀態的一種電路啟動裝置。復位驅動控制電路的設計目標主要是能夠有效保證復位控制電路系統穩定地工作，他不僅因為這樣可以確保程序有效地執行，而且當由于操作失誤或者程序執行錯誤而導致引起的操作系統死機時，復位控制電路即可允許他的復位再次開始。單片機的復位工作需要外部控制電路進行實現，在振蕩器工作的這個時候，RST引腳還必須保持兩個周期及以上的連續高電平才能使其停止復位。

1.4加熱和制冷電路

通常制冷有風冷、水冷、壓縮機制冷、半導體制冷等幾種方式。控制電路是通過對加熱模塊與降溫模塊的 通斷控制從而達到溫度在設置的范圍內。本設計本電路設計主要采用晶閘管對電熱絲的供電進行控制，它具有體積小、重量輕、控制靈敏反應快、損耗小效率高等特點。本設計欲采用半導體制冷技術來進行制冷，在各種制冷系統技術中，半導體制冷的主要特點是高溫制冷系統體積小、重量輕、制冷速度快、可靠性高等。

2軟件程序流程圖

由于STC89C51單片機具有ISP功能，可實現在線編程，通過上位機軟件直接與PC機連接就可完成程序的下載燒錄，無需反復插拔單片機，無需昂貴的專用編程器，甚至不需要仿真器，用戶可直接查看結果，達到調試目的。軟件設計采用模塊化設計，由主程序模塊、數據轉換與控制子程序模塊組成。

3仿真及實驗結果分析

本設計采用Proteus進行仿真，用Keil4來進行程序編寫。當放入程序并接通電源時，顯示屏會顯示當前恒溫箱內的溫度，通過點擊三個按鈕來所需要的調節溫度，并通過最上面的設置按鈕來確定溫度，并運行程序來，系統并根據當前溫度來確定升溫或者降溫，并最終達到設定的溫度。當達到設定溫度時恒溫箱內的溫度就會保持在這個區間。當溫度高于上限或者比下限低時，系統將會啟動蜂鳴器報警系統，產生報警。當溫度過低時，會啟動加熱程序進行升溫。當溫度過高時，會通過制冷系統進行降溫。而當溫度高于上限或者低于下限超過一分鐘時，系統將自動啟動復位程序，從而達到了溫度恒定和保護恒溫箱的目的。

4總結

恒溫箱控制系統硬件部分主要是由溫度傳感器、STC89C51單片機、鍵盤和顯示等系統構成。其中溫度傳感器采用DS18B20，顯示硬件采用LCD1062顯示器。軟件部分采用C語言進行編程，并使用Keil4進行編輯，在Proteus 8中進行畫圖并仿真。最終實現了通過鍵盤按鈕來實現對溫度設置，當溫度超設定的上下限時，系統將會自動判斷，啟動相應的加熱、制冷或復位程序。

參考文獻：

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