孵化器控温控制系统设计.doc

《孵化器控温控制系统设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《孵化器控温控制系统设计.doc（32页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、沈 阳 工 程 学 院课 程 设 计设计题目： 孵化室控温控制电路设计 系 别 自动化学院 班级 测控本112 学生姓名 孟祥东 学号 2011313210 指导教师 祝尚臻 职称 讲师 起止日期：2014年3月3日起至2014年3月14日止沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目： 孵化室控温控制电路设计 系 别 测控技术与仪器 班级 测控本112 学生姓名 孟祥东 学 号 2011313210 指导教师 祝尚臻 职称 讲 师 课程设计进行地点： F430 任 务 下 达 时 间： 2014 年 3月3日 起止日期：2014年3月3日起至 2014年3月14日止 教研室主任 年 月 日 批 准

2、孵化室控温控制电路设计1 设计主要内容及要求1.1 设计目的：1、了解温度控制技术的基本知识以及电工电子学、单片机、传感器等相关技术。2、初步掌握常用测温方法的特点和应用场合，并选择合适方法应用于本设计。3、通过学习，具体掌握所选择测温方法和传感器等的使用特点和方法。1.2 基本要求1、孵化室对温度有一定要求，温度是否合适直接影响孵化效果，为此需要对温度进行严格控制，主要指标如下：孵化室温控制在3642，温度低时启动电热器加热，温度高时，启动空调冷却。报警指示，当温度大于42或低于36时，用声光报警。 2、要求设计相关的硬件电路，选择合适的传感器和温度显示系统。 3、要有相应的控制算法（软件流

3、程图）。1.3 发挥部分 自由发挥2 设计过程及论文的基本要求：2.1 设计过程的基本要求（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选；（2）符合设计要求的报告一份，其中包括总体设计框图、电路原理图各一份；（3）设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。2.2 课程设计论文的基本要求（1）参照毕业设计论文规范打印，包括附录中的图纸。项目齐全、不许涂改，不少于3000字。图纸为A4，所有插图不允许复印。（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及相应的详细的功能分析和重要的参数计

4、算、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（总体设计框图与电路原理图）。3 时间进度安排顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注12014.3.3讲解主要设计内容，查阅相关资料。打分22014.3.4检查资料查阅情况，听取学生方案。打分32014.3.5检查学生初步方案的合理性，针对存在的问题予以解决打分42014.3.6指导学生进行设计框图的设计打分52014.3.7检查并指导学生进行传感器和主要元器件的选取打分12014.3.10检查并指导学生进行原理图的设计打分22014.3.11检查框图及初步原理图完成情况，讲解及纠正错误打分32014.3.12检查逻辑图并指出错

5、误及纠正；讲解原理图绘制及报告书写打分42014.3.13继续修正逻辑图，指导原理图绘制方法，布置答辩打分52014.3.14答辩、修改上交报告打分沈 阳 工 程 学 院 孵化室控温控制电路设计 课程设计成绩评定表系（部）： 自动化学院 班级： 测控本112 学生姓名： 郭东升 指 导 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作， 0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说明书的质量

6、说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以12） 分加权分合计指 导 教 师 签 名： 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计评 阅 教 师 签 名： 年 月

7、日课 程 设 计 总 评 成 绩分目 录中文摘要21.设计任务描述31.1设计题目31.2设计主要内容及要求32. 设计思路43. 设计框图54.各部分电路及相应的功能分析及参数计算64.1测温电路64.2温控电路64.3显示电路74.4A/D转换电路84.5报警电路94.6软件设计部分95. 工作过程分析156. 元器件清单167. 主要元器件介绍177.1温度传感器177.2继电器177.3单片机18总 结20致 谢21参考文献22附录一23附录二28中文摘要 传感器一般处于研究对象和监测控制系统的最前端，是感知，获取与检测各种信息的窗口。传感器所获得和转换的信息是否正确，直接关系到测控系

8、统的性能，所以它是检测与控制系统的重要环节，当今社会是信息化的社会，传感器技术室现代信息产业的支柱之一。信息的有效获得是信息技术发展的关键。当今时代是一个自动化时代，生产、养殖等好多行业的设备都与计算机密切相关。目前在中国，绝大部分的养殖场的温度的检测还停留在人工测量和记录的水平上，没有一个科学的高技术的测试系统。因此，一个好的养殖场的温度的控制系统，将给养殖场带来该方面的技术革新。随着电子技术的迅速发展，单片机在仪表中的应用日益广泛。单片机将中央处理器、程序储存器、定时器/计数器、并行串行输入输出口和中断部件等单元集成在一个芯片上，使系统的体积缩小，价格便宜，性能可靠。单片机与传感器的结合也

9、必然将越来越广泛地应用于社会生产和科学研究领域。本次设计中，我课程设计的内容孵化室控温控制电路设计，使孵化室的温度控制在3642，温度低时启动加热器加热，温度高时，启动制冷器冷却。报警指示，当温度大于42或低于36时，用声光报警；控制湿度保持在一定范围内，湿度低则加湿，高则加湿器停止工作；同时将温度传感器来采集温度的变化，经过放大电路放大后，进行A/D转换，将输入电压信号转换成数字量输出；显示模块直接连接数码管构成，显示实际测量值。关键词：温度传感器 单片机 A/D转换 液晶显示 数据采集1.设计任务描述1.1设计题目 孵化室控温控制电路设计1.2设计主要内容及要求1.2.1 设计目的：1.

10、了解温度控制技术的基本知识以及电工电子学、单片机、传感器等相关技术。2. 初步掌握常用测温方法的特点和应用场合，并选择合适方法应用于本设计。3. 通过学习，具体掌握所选择测温方法和传感器等的使用特点和方法。1.2.2基本要求1.孵化室对温度有一定要求，温度是否合适直接影响孵化效果，为此需要对温度进行严格控制，主要指标如下： 孵化室温控制在3642，温度低时启动电热器加热，温度高时，启动空调冷却。报警指示，当温度大于42或低于36时，用声光报警。2.要求设计相关的硬件电路，选择合适的传感器和温度显示系统。3.要有相应的控制算法（软件流程图）。1.2.3 发挥部分 自由发挥2. 设计思路我的课程设

11、计题目是孵化器控温系统设计，我采用控制的方式为通过单片机将温度传感器采集来的电压信号进行比较，分析，显示，进而控制电热器和风扇是温度保持在3642。首先，我选择用的温度传感器是LM56，对温度进行测量，理论上是将温度控制在36度到42度之间，这样设定的理由一是减小计算阻值时的误差，而是对温度起到一个缓冲作用。通过继电器来控制加热器和风扇的启动与停止。其次，我选择用单片机来控制电热器和风扇，选择的单片机为C8051F020。当温度大于42度时，通过程序比较开中断，是电扇打开；当温度小于36度时，程序比较后使电热器打开，这样就把温度控制在一定的范围之。达到了预期的要求。而在单片机上有A/D转换，能

12、够使模拟信号转换为数字信号显示在液晶显示器。最后通过计算机系统就能显示出当前温度值和相对湿度值，同时还能看到温度值和相对湿度值的波形。通过计算机来观察孵化室内的温度与湿度，免去了到现场观察数据的麻烦，同时也节约了人力物力，只需极少的人力即可监控数十个或者更多孵化室的温度与湿度。3. 设计框图 温度传感器 LM35 室内温度 数据采集 温度控制器 LM56 继 电 器 单片机 C8051F020 继 电 器 温度大于42度 温度小于36度 程序控制 液晶显示 空调制冷 加热器加热4.各部分电路及相应的功能分析及参数计算4.1测温电路4.1.1测温电路的实现 图4.1.1图4.1.1的电路为室内温

13、度测量，使用的是LM35温度传感器。该电路由传感器LM35，运放，电阻，电容构成。4.2温控电路4.2.1温控电路的功能本次课程设计选择的温度控制器为LM56。LM56是一个高精度、低功耗的温控器，其温度门限（和）是由三个外部电阻对内部的1.25V带隙基准电压的方法产生的。LM56有两个数字输出OUT1和OUT2，当温度超过T1时，OUT1变低；而当温度低于（T1-）时，OUT1又变高；同样地，当温度超过T2时，OUT2变低；而当温度低于（）时，OUT2又变高。内部设置为。内置温度传感器输出电压表达式为其电路图为4.2.1图4.2.14.2.2参数计算 LM56的部分接线图如图4.2.1所示，

14、因为VT1 = 1.250V x (R1)/(R1 + R2 + R3)，VT2 = 1.250V x (R1 + R2)/(R1 + R2 + R3)，(R1 + R2 + R3) = 27 k ，VT1 or T2 = 6.20 mV/C x T + 395 mV ，R1 = VT1/(1.25V) x 27 k，R2 = (VT2/(1.25V) x 27 k)R1，R3 = 27 k R1 R2。由于计算阻值时会产生误差，还有就是温度有缓冲时间，为了将孵化室的温度控制在36到42之内，故留出0.5，即理论温度范围是36.5到41.5。由此可得：4.3显示电路 本次课程设计选择运用单片机

15、连接数码管，是得到的温度显示出来。 其电路图如4.3图4.34.4A/D转换电路图4.4图4.4为A/D转换器为ADC0809，由于测量的信号为模拟信号，而要求需要在液晶显示器上显示温度，所以进行A/D转换。ADC0809与单片机相连，这样能够使温度转换后直接在液晶显示上显示出来。4.5报警电路图4.5图4.5是报警电路。报警电路是由发光二极管和蜂鸣器实现声光报警的，温度高于或者低于设定为温度二极管和蜂鸣器同时报警。4.6软件设计部分4.6.1主程序下面是实现室内温湿度监测基本功能相关程序的一些基本定义，包括程序的主程序以及程序的管脚定义和常量、变量定义等。 $INCLUDE(C8051F02

16、0.INC) ORG 0000H LJMP MAIN ORG 007BH LJMP ADISR ORG 0100H MAIN: MOV AMX0CF,#00 MOV AMX0SL,#00 MOV XBR2,#40H MOV P1MDOUT ,#00H MOV EIE2,#02H SETB EA ORL ADC0CN,#10H LCALL STOP LCALL SYSCLK_Init LCALL PORT_Init AJMP $主程序部分主要是关狗，设定输入方式为单端输入，开使能位，输出方式为漏极开路 4.6.2BCD转换程序 BCD2: CLR A MOV 41H,A MOV 40H,A MO

17、V 39H,A MOV 38H,A MOV 37H,A MOV R5,#16 H2B: CLR C MOV A,31H RLC A MOV 31H,A MOV A,30H RLC A MOV 30H,A MOV A,41H ADDC A,41H DA A MOV 41H,A MOV A,40H ADDC A,40H DA A MOV 40H,A MOV A, 39H ADDC A,39H MOV 39H,A DJNZ R5,H2B MOV A,41H MOV B,#16 DIV AB MOV 38H,A MOV 37H,B MOV A,39H MOV 41H,A MOV A,40H MOV B

18、,#16 DIV AB MOV 40H,A MOV 39H,B RET 此程序是将十六进制转换成十进制。转换城的最大数值是4096，这个程序转换完之后放到了41H,40H,39H,38H,37H中，但是值得注意的是41H中的数始终是0。4.6.3显示程序STOP: LCALL SYSCLK_Init 初始化系统时钟 LCALL PORT_Init 交叉开关和通用I/O口初始化 LCALL Delay 延时 LCALL Delay LCALL Delay LCALL LCD_Init LCD初始化 LCALL Delay MOV DPTR,#NCDdata DPTR指向要送去显示的字符串地址 L

19、inel: CLR A MOV A,40H MOVC A ,A+DPTR 查表，取ASCII码 MOV P7,A 字符送数据口P7 MOV P6,#05H 写数据操作 MOV P6,#04H 结束写操作 LCALL Delay MOV P7,#0C0H 换行 MOV P6,#1H 写命令 MOV P6,#0H 结束写命令MOV DPTR ,#Netdata DPTR指向要送去显示的字符串地址#Netdata Line2:MOV A,38H MOVC A ,A+DPTR MOV P7,A MOV P6,#05H MOV P6,#04H LCALL Delay LCALL Delay CLR C

20、MOV A,38HSUBB A,#06HJC LLMOV A,#0FDHMOV P1.1 ，A LCALL DELAYLCALL DELAYLL： MOV A,37H MOVC A ,A+DPTR MOV P7,A MOV P6,#05H MOV P6,#04H LCALL Delay LCALL Delay LCALL Delay LCALL Delay LCALL Delay LCALL Delay MOV A,37H MOVC A ,A+DPTR MOV P7,A MOV P6,#05H MOV P6,#04H LCALL Delay LCALL Delay MOV A,#0DH 显示温

21、度标志C MOVC A ,A+DPTR MOV P7,A MOV P6,#05H MOV P6,#04H LCALL Delay LCALL Delay LJMP STOP RET系统初始化时钟SYSCLK_Init: MOV OSCICN,#05H 系统时钟初始化为片内的4MHZ时钟 RET通用I/O口及交叉开关初始化PORT_Init: CLR A MOV XBR0,A 没有选择数字外设 MOV P74OUT,#0F0H P4口-P7口设为推拉方式RETLCD初始化，写命令操作LCD_Init: LCALL Delay MOV P7,#038H MOV P6,#01H MOV P6,#0H

22、 LCALL Delay MOV P7 ,#0EH MOV P6,#01H MOV P6,#0H LCALL Delay MOV P7,#06H MOV P6,01H MOV P6,#0H LCALL Delay MOV P7,#01H MOV P6,#01H MOV P6,#0H LCALL Delay RET延时程序 Delay: MOV R7,#04HDelay1: MOV R6,#08HDelay0: MOV R5,#00H DJNZ R5,$ DJNZ R6,Delay0 DJNZ R7,Delay1 RETNetdata:DB 30H,31H,32H,33H,34H,35H,36H

23、,37H,38H,39H,2EH,20H,63H,57HEND 显示器显示的是ASCII码，显示程序用的是查表方式4.6.4.报警程序 温度报警程序CLR C MOV A,38H SUBB A,#06H JC LL MOV A,#0FEH MOV P1.1 ，A L1灯亮 LCALL DELAY LCALL DELAYLL： MOV A,37H MOVC A ,A+DPTR MOV P7,A MOV P6,#05H MOV P6,#04H LCALL Delay 调用延时程序 LCALL Delay LCALL Delay LCALL Delay LCALL Delay LCALL Delay

24、RETI这里介绍的报警部分，都是与第一位比较，所以说这两个报警程序都是大于3时进行报警，标志就是相应的灯亮5. 工作过程分析本次课程设计主要有测温，控温，显示，A/D转换，报警和程序设计六部分构成，实现了孵化室的温度控制。使温度保持在3642，温度低时启动电热器加热，温度高时，启动空调冷却。报警指示，当温度大于42或低于36时，用声光报警。首先由测温传感器LM35进行温度测量，将测量的温度信号传进温控器LM56中，再将温度信号传进A/D转换器，使模拟信号转换成数字信号，数字信号进入单片机后，由程序控制温度是否在范围之内，决定是否进行报警以及加热器加热或者空调制冷6. 元器件清单名称型号数量温度

25、传感器LM351电容4电阻11发光二极管1转换器1数码管4单片机C8051F0201运算放大器1A/D转换器ADC08091蜂鸣器1继电器4温度控制器LM561三极管4空调1加热器17. 主要元器件介绍7.1温度传感器LM35是一种得到广泛使用的温度传感器。由于它采用内部补偿，所以输出可以从0开始。图7.1： LM35封装LM35有多种不同封装型式。在常温下，LM35 不需要额外的校准处理即可达到 1/4的准确率。其电源供应模式有单电源与正负双电源两种，其引脚如图一所示，正负双电源的供电模式可提供负温度的量测；两种接法的静止电流-温度关系，在静止温度中自热效应低(0.08)，单电源模式在25下

26、静止电流约50A，工作电压较宽，可在420V的供电电压范围内正常工作非常省电。工作电压430V，在上述电压范围以内，芯片从电源吸收的电流几乎是不变的（约50A），所以芯片自身几乎没有散热的问题。这么小的电流也使得该芯片在某些应用中特别适合，比如在电池供电的场合中，输出可以由第三个引脚取出，根本无需校准。目前，已有两种型号的LM35可以提供使用。LM35DZ输出为0100，而LM35CZ输出可覆盖40110，且精度更高，两种芯片的精度都比LM35高，不过价格也稍高传感器参数供电电压35V到-0.2V，输出电压6V至-1.0V，输出电流10mA，指定工作温度范围，LM35A -55 - +150。

27、7.2继电器继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离，功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分）。作为控制元件，概括起来，继电器有如下几种作用：1）扩大控制范围：例如，多触点继电器控制信号达到某一定值时，可以按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。2）放大：例如，

28、灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微小的控制量，可以控制很大功率的电路。3）综合信号：例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。4）自动、遥控、监测：例如，自动装置上的继电器与其他电器一起，可以组成程序控制线路，从而实现自动化运行图7.2： 继电器7.3单片机下面列出了一些主要特性；1. 高速、流水线结构的8051 兼容的CIP-51 内核（可达25MIPS）2. 全速、非侵入式的在系统调试接口（片内）3. 真正12 位（C8051F020/1）或10 位（C8051F022/3）、100 ksps 的8 通道ADC， 带PGA和模拟多路开关 4.

29、 真正8 位500 ksps 的ADC，带PGA 和8 通道模拟多路开关5. 两个12 位DAC，具有可编程数据更新方式6. 64K 字节可在系统编程的FLASH 存储器7. 4352（4096+256）字节的片内RAM8. 可寻址64K 字节地址空间的外部数据存储器接口9. 硬件实现的SPI、SMBus/ I2C 和两个UART 串行接口10. 5 个通用的16 位定时器11. 具有5 个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列12. 片内看门狗定时器、VDD 监视器和温度传感器13. 具有片内VDD 监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F020/1/2/3 是真正能独立工作的片上系

30、统。C8051F020/1/2/3单片机所有模拟和数字外设均可由用户固件使能/禁止和配置。FLASH 存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新8051 固件。片内JTAG 调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU 进行非侵入式（不占用片内资源）、全速、在系统调试。该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、单步及运行和停机命令。在使用JTAG 调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。图7.3：元件管脚分布图总 结本次课程设计的题目是孵化室控温控制电路设计，了解了温度控制技术的基本知识以及电工电子学、单片机、传感器等相关技术，通过温度传感器

31、测量温度，并能够将测得的模拟电压值能够转换成为数字电压，在液晶显示器上显示出来，并通过外部中断来控制量程。孵化室温控制在3642，温度低时启动电热器加热，温度高时，启动空调冷却。报警指示，当温度大于42或低于36时，用声光报警。我认为这次的课程设计是很有必要的，因为对于我们大学生而言，自己的动手能力很不理想，而在上学期学习了理论上的传感器知识，在开学有了两周的课程设计，这是对我们学习成果的检验，也是对我们自己动手能力的一个提高，是一个很好的实践平台。作为一名测控专业的大三学生，这样的经历对我们以后的工作是很有帮助的。在这次课程设计中我想不仅仅提高了自己的动手能力，对于一个新的事物，有了探索的精

32、神，有不会的，不懂的可以去专研它，研究它。对于这次课设的完成我感到很高兴。致 谢这次课程设计让我学会了很多，同时也要感谢很多人，没有你们的帮助，我也不可能完成这个任务。是你们的支持帮我渡过难关。谢谢！首先，我要感谢我的指导教师祝老师，是您教导了我这么多的知识，在我遇到困难的时候提醒我，鼓励我。帮我解决了继电器如何连接电路的问题。而后我很感谢和我一起研究的同学们。我是在这么多人的帮助下才得以完成这为期两周的课设题目，谢谢你们的帮助，我会更加努力参考文献1贾伯年.传感器技术.南京：东南大学出版社，20072刘畅生.传感器简明手册及应用电路.西安：西安电子科技大学出版社，20063沈津农,传感器及应

33、用技术,北京：化工工业出版社,20024黄贤武,传感器实际应用电路设计,成都：电子科技大学出版社,1997附录一 $INCLUDE(C8051F020.INC) ORG 0000H LJMP MAIN ORG 007BH LJMP ADISR ORG 0100H MAIN: MOV AMX0CF,#00 MOV AMX0SL,#00 MOV XBR2,#40H MOV P1MDOUT ,#00H MOV EIE2,#02H SETB EA LCALL STOP LCALL SYSCLK_Init LCALL PORT_Init MOV 35H ,#0FFH AJMP $ ADISR: MOV

34、30H,ADC0H MOV 31H,ADC0L LCALL BCD2 LCALL STOP LCALL SYSCLK_Init LCALL PORT_Init LCALL Delay ANL ADC0CN,#0DEH ORL ADC0CN,#10H RETIBCD2: CLR A MOV 41H,A MOV 40H,A MOV 39H,A MOV 38H,A MOV 37H,A MOV R5,#16H2B: CLR C MOV A,31H RLC A MOV 31H,A MOV A,30H RLC A MOV 30H,A MOV A,41H ADDC A,41H DA A MOV 41H,A MOV A,40H ADDC A,40H DA A MOV 40H,A MOV A, 39H ADDC A,39H MOV 39H,A DJNZ R5,H2B