恒温恒湿控制新版系统的设计和实现.doc
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1、专业:电气工程及其自动化学号: Hebei Normal University of Science & Technology本科毕业设计(自然科学) 题 目: 恒温恒湿控制系统设计与实现(偏硬) 院(系、部): 河北科技师范学院机电科学与工程系 学 生 姓 名: 李浩儒 指 导 教 师: 刘士光 职 称 专家 5 月 29 日河北科技师范学院教务处制 资料目录1.学术声明 页2.河北科技师范学院本科毕业论文(设计) 页3.河北科技师范学院本科毕业论文(设计)任务书 页4.河北科技师范学院本科毕业论文(设计)开题报告 页5.河北科技师范学院本科毕业论文(设计)中期检查表 页6.河北科技师范学院
2、本科毕业论文(设计)答辩登记表 页7.河北科技师范学院本科毕业论文(设计)成绩评估汇总表 页8河北科技师范学院本科毕业论文(设计)工作总结 页9其她反映研究成果资料(如公开刊登论文复印件、效益证明等) 页河北科技师范学院本科毕业设计恒温恒湿箱控制系统设计与实现(偏硬)院(系、部)名 称 : 河北科技师范学院 专 业 名 称: 电气工程及其自动化 学 生 姓 名: 李浩儒 学 生 学 号: 指 导 教 师: 刘士光 5 月 19 日河北科技师范学院教务处制 学 术 声 明本人呈交学位论文,是在导师指引下,独立进行研究工作所获得成果,所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知,除文中已经注明引用内容外,
3、本学位论文研究成果不包括她人享有著作权内容。对本论文所涉及研究工作做出贡献其她个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本学位论文知识产权归属于河北科技师范学院。本人签名: 日期: 指引教师签名: 日期: 摘 要本文运用AT89C52单片机设计一种温室温湿度控制系统,对给定温湿度进行控制并实时显示,其中温湿度信号各有四路,系统采用一定算法对信号解决以拟定采用某种控制手段。系统硬件重要由电源电路、温度采集电路、湿度采集电路、键盘、显示电路、输出控制电路及其她辅助电路构成。使用温度传感变送器获得温度感应电压,经解决后送给单片机。单片机将给定温度与测量温度相比较,得出偏差量,然后依照模糊控制算法得出控制
4、量。执行器由开关频率较高固态继电器开关担任,采用PWM控制办法,变化同一种周期中电子开关闭合时间。从而调节高温电磁阀开关导通时间,达到蒸汽控制目。通过键盘输入控制信息,并能将控制箱内实时信息通过LED显示出来,实现人机对话。核心词: 单片机;信号采集;温湿度控制;LED显示;AbstractThis text uses the type AT89C52 one-chip computer to control the temperature and humidity,real-time control temperature and constant temperature permanent
5、 wet case control system of the humidity. the constant temperature,permanent wet control cabinet are gathered the temperature ,humidity which test the case by No. two sensor ,give to 8051 microprocessor dealing with by,lowering the temperature ,humidification ,dehumidifying ,alarm ,etc. continue the
6、 electric device respectively. According to need ,is it control information is and can real-time information of control cabinet through LED show come out to input through keyboard,realize man-machine dialogue. Keywords: one-chip computer;signal gathering;temperature and humidity control;LED monitor目
7、 录摘 要IAbstractI1 绪论11.1 论文研究背景与意义11.2 重要研究内容12 系统总体设计22.1方案设计22.2控制系统测控设定22.3控制系统构成23.硬件设计33.1单片机选取33.2 AT89C52系列单片机简介43.2.1 AT89C52基本特性43.2.2 AT89C52单片机内部构成构造53.2.3 AT89C52引脚功能53.2.4 AT89C52储存器83.3传感器选型及其性能特性123.3.1 温度传感器 DS18B20123.3.2 湿度传感器 HIH3610133.4 单片机外围电路设计153.4.1 单片机最小电路153.4.2 温度传感器电路163.
8、4.3 湿度传感器电路173.4.4 A/D转换电路173.4.4 LED显示电路183.4.5 执行机构电路193.4.5键盘输入与报警194 软件设计20结论24参照文献24道谢25 1 绪论 1.1 论文研究背景与意义恒温恒湿箱也称恒温恒湿实验机、恒温恒湿实验箱、恒温机,可用于检测材料在各种环境下性能设备及实验各种材料耐热、耐寒、耐干、耐湿性能。适合电子、电器、通讯、仪表、车辆、塑胶制品、金属、食品、化学、建材、医疗、航天等制品检测质量之用。随着国内工业产品研制需要,近几年来,国内从国外引进了大批实验系统,为国内工业产品研制和定型发挥了重要作用,但由于其自身复杂性,使得实验箱在运营中浮现
9、了许多问题,并且浮现了问题不能及时解决,大大延长了实验周期,影响了产品研制工作。随着当代农业发展,恒温恒湿箱应用越来越广泛(例如菌种培养、幼苗哺育以及设施仪器仪表校准等),并规定其性价比更高,使用寿命更长,使用费用更少(省电),响应速度更快。而采用单片机来对温度和湿度进行控制,不但具备控制以便、组态简朴和灵活性大等长处,并且可以大幅度提高被控温湿度技术指标,从而可以大大提高产品质量和数量。基于此,本课题环绕恒温恒湿箱系统设计与实现进行研究。1.2 重要研究内容恒温恒湿控制系统重要有如下几种方面:加热系统、制冷系统、除湿系统、加湿系统、电气控制系统。详细要依照恒温恒湿温度范畴、湿度范畴去设计.以
10、单片机为控制器,结合温度传感变送器、LED显示屏等,构成一种恒温恒湿控制系统。使用温度传感变送器获得温度感应电压,经解决后送给单片机。单片机将给定温度与测量温度相比较,得出偏差量,然后依照模糊控制算法得出控制量。执行器由开关频率较高固态继电器开关担任,采用PWM控制办法,变化同一种周期中电子开关闭合时间。从而调节高温电磁阀开关导通时间,达到蒸汽控制目。2 系统总体设计2.1方案设计恒温恒湿控制系统,重要要完毕对温度、湿度采集、显示以及设定等工作,从而实现对温湿度控制,以达到恒温恒湿目。老式采用铂电阻充当测温器件方案,虽然其中段测量线性度好,精度较高,但是测量电路设计难度高 ,且测量电路系统庞大
11、,难于调试 ,并且成本相对较高。鉴于上述因素,本系统采用DS18B20充当测温器件。外部温度信号经 DS18B20将输入模仿信号转换成8位数字信号, 通过并口传送到单片机系统。单片机系统将接受数字信号译码解决,通过LED将温度显示出来,同步单片机系统还将完毕键盘扫描 、按键温度设定、超温报警等程序解决 ,将解决温度信号与系统设定温度值比较,形成可以控制制冷、制热与停止工作三种工作状态,从而实现温度智能化。湿度传感器选用HIH3610型传感器,将湿度信号由传感器进行采集,经单片机将其与设定湿度进行比较,进而控制加湿、干燥,达到恒湿控制。2.2控制系统测控设定1. 可以实时采集与显示环境温度、湿度
12、等参数。2. 可以依照规定变化通过键盘输入变化对参数设立,以满足不同规定达到最佳效果;3. 声音报警功能;4. 依照检测到信号,实时控制执行机构启动与关断。2.3控制系统构成本设计是以AT89C52单片机为核心自动控制系统,硬件系统由键盘输入电路、LED显示电路、传感器、A/D转换、隔离开关和执行电路、报警电路等构成。硬件系统原理框图如图2.1所示:单片机LED显示报警键盘输入隔离开关加热器温度传感器A/D转换制冷器加湿器湿度传感器干燥器图2.1 测控系统硬件构成原理框图传感器普通输出为模仿量,需要通过A/D转换,转换为单片机可以接受数字信号,若模仿信号太弱,还需通过运算放大器放大信号。键盘输
13、入是系统参数上、下限极限值,若检测到信号值浮现不在此极限区间状况,单片机就会驱动蜂鸣器产生报警,此时就需要执行机构控制室内环境相应变化,使得环境参数重新回到设定抱负区间。3.硬件设计硬件元器件选取,必要考虑到功能实现、器件适时性、价格和通用性等几种方面。在电路设计中,在实现所规定功能基本上,尽量使电路简朴。3.1单片机选取计算机产生加快了人类改造世界步伐,但是它毕竟体积庞大。单片机(微控制器)就是在这种状况下诞生。微控制器,亦称单片机或者单片微型计算机。它是把中央解决器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出端口(1/0) 等重要计算机功能部件都集成在一块集成电路
14、芯片上微型计算机。它构造与指令功能都是按照工业控制规定设计,在智能控制系统中,微控制器得到了广泛应用。单片机当前己被广泛地应用于家电、医疗、仪器仪表、工业自动化、航空航天等领域。市场上比较流行单片机种类重要有Intel公司、Atmel公司和Philip公司8051系列单片机,Motorola公司M6800系列单片机,Intel公司MCS96系列单片机,Microchip公司PIC系列单片机等。各个系列单片机各有所长,在解决速度、稳定性、I/O能力、功耗、功能、价格等方面各有优劣。这些种类繁多单片机家族,给咱们单片机选取也提供了很大余地。本设计选用AT89C52单片机,它是一种低功耗、低价格,高
15、性能8位微解决器。3.2 AT89C52系列单片机简介AT89C52 是美国ATMEL 公司生产低电压,高性能CMOS 8 位单片机,片内含8k bytes 可重复擦写Flash 只读程序存储器和256 bytes 随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL 公司高密度、非易失性存储技术生产,与原则MCS-51 指令系统及8052产品引脚兼容,片内置通用8 位中央解决器(CPU)和Flash 存储单元,功能强大AT89C52 单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。3.2.1 AT89C52基本特性AT89C52系列单片机重要性能参数如下:与MCS-51产品指令和引脚完全兼容8k字节可重擦
16、写Flash闪速存储器1000次擦写周期全静态操作:0Hz-24MHz三级加密程序存储器256字节内部RAM32个可编程I/O口线3个16位定期/计数器8个中断源可编程串行UART通道低功耗空闲和掉电模式。AT89C52 提供如下原则功能:8k字节Flash 闪速存储器,256字节内部RAM,32 个I/O 口线,3 个16 位定期/计数器,一种6 向量两级中断构造,一种全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路。同步,AT89C52 可降至0Hz静态逻辑操作,并支持两种软件可选节电工作模式。空闲方式停止CPU 工作,但容许RAM,定期/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM 中
17、内容,但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一种硬件复位。3.2.2 AT89C52单片机内部构成构造AT89C52单片机内部构造如图3.1所示: 图3.1 AT89C52 内部构造3.2.3 AT89C52引脚功能引脚功能阐明如图3.2:Vcc:电源电压GND:地P0口:P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口,也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时,每位能吸取电流方式驱动8个TTL逻辑门电路,对端口P0写“1”时,可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低8 位)和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash 编程时,P0口接受指令字
18、节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,规定外接上拉电阻。图3.2 AT89C52单片机封装图P1口:P1口是一种带内部上拉电阻8位双向I/O口,P1输出缓冲级可驱动(吸取或输出电流)4个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作输入口使用时,由于内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一种电流(IIL)。与AT89C51 不同之处是,P1.0 和P1.1 还可分别作为定期/计数器2 外部计数输入(P1.0/T2)和输入(P1.1/T2EX),参见表3.1。表3.1 引脚P1.0和P1.1第二功能引脚号功能特性P1.0T2(定期计数器2外
19、部计数脉冲输入),时钟输出P1.1T2EX(定期计数器2捕获重装载触发和方向控制Flash 编程和程序校验期间,P1 接受低8位地址。P2口:P2是一种带有内部上拉电阻8位双向I/O口,P2输出缓冲级可驱动(吸取或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”,通过内部上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口,作输入口使用时,由于内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一种电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16 位地址外部数据存储器(例如执行MOVX DPTR 指令)时,P2口送出高8 位地址数据。在访问8 位地址外部数据存储器(如执行MOVX RI 指令)时,P2口输出P2
20、锁存器内容。Flash 编程或校验时,P2亦接受高位地址和某些控制信号。P3口:P3口是一组带有内部上拉电阻8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动(吸取或输出电流)4个TTL 逻辑门电路。对P3口写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时,被外部拉低P3口将用上拉电阻输出电流(IIL)。P3口除了作为普通I/O口线外,更重要用途是它第二功能,如表3.2所示:表3.2 引脚P3口第二功能端口引脚号第二功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2/INTO(外中断0)P3.3/INT1(外中断1)P3.4T0(定期/计数器0)P3.5T1(定期/计数器1)
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