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C51单片机对恒温箱数字控制系统的设计

gecimao 发表于 2019-05-10 22:54 | 查看: | 回复:

  的应用开发,集环境温度的信号采集、数据的处理及温度的保持控制等等为一体的数字控制系统。同时,该系统设计有友好的人机交互界面以及简易的设置按键。

  系统由如下功能模块组成:MCU模块,显示模块。电源模块,按键设置模块,温度采集模块。

  本设计的MCU采用sTC89C52单片机;考虑到节省器件使用的需要。温度传感器则采用单总线制的数字温度传感器DSl8820,无需接A,D转换器,采样值可直接送单片机处理,简易方便;系统采用普通单刀继电器HK4100F作为控制开关;两个水泥电阻(10W,10Ω)串联作为加热器件,低压(最高24V)供电,安全可靠;以5V直流供电小型风扇达到降温或使容器受热均匀的目的;采用普通的按键开关,实现恒温温度的可调设置功能;三位一体的数码管实时显示当前容器的温度值,简易低廉,实现了人机交互界面之目标。

  依据系统方案,概述主要模块接口电路;1、电源模块。12~24V交流输入,输入的交流电压为水泥电阻的发出热量提供电能;输入交流电压经整流滤波,接入稳压芯片7805转变为5V直流电压(VCC)以供给MCU及其外设系统使用。

  2、显示模块。共阳数码管,段选接MCU I/013的P1组管脚。以9012三极管作为数码管位选开关,位选分别由P2‘5、P2’6、P2“7等管脚控制,三位数码管显示当前温度(采样温度)值,其中有一个为小数位。其余两个分别为十位和各位。

  3、加热模块。主要根据设定恒温值与采样温度值的比较结果进行工作。即,采样温度值大于设定值时。继电器闭合并接通水泥电阻加热,否则断开。

  图2中,JDl、JD2分别接串联水泥电阻及交流电源的一端,该继电器由单片机的P2‘4管脚控制。

  4、按键设置模块。为了节省材料和硬件资源,系统设计了三个按键,设置恒温值时,一个用于递增输入;另一个用于递减输入;第三个预留。三个按键的一端接地。另一端分别接MCU的P2’1、P2‘3、P2”2管脚。

  5、冷却模块。安装小型风扇,以5V直流电压供电,以继电器控制风扇的工作状态,以实现智能化控制。主要根据设定恒温值与采样温度值的比较结果进行工作。即当采样温度值大于设定值时,继电器闭合并启动风扇冷却。否则断开。该继电器由单片机的P2“3管脚控制。

  6、温度采集模块,温度采集模块。以单总线温度传感器作为温度采集器。从温度传感器获取温度值的方法非常简洁,无须接A,D转换器。即可实现对温度测量并将测量数据直接送单片机处理。且可使系统实现温度的巡回测量和显示。其中,温度传感器的数据管脚接单片机的P3”5管脚。

  1、系统软件概述,如图3所示,系统软件主流程是一死循环程序。其主要任务是:

  (2)判断。设置按键是否按下“。若按下。则转入设置处理。并定时10S,若10S后仍然没有按键按下,则跳出设置处理。

  (3)采集温度并处理数据。主要对DSl8820复位并读取数值,对所得数据作相关处理并最终转换为十进制数以便于数码管显示。

  2、部分软件程序代码展示。软件的设计,使用KeilC51开发编写软件程序。软件程序主要由主程序,初始化子程序,读取DSl8820传感器数据子程序。温度数据处理子程序,显示子程序。中断定时子程序以及按键设置子程序等组成。由于读取DSl 8820数据的子程序涉及底层硬件接13,故该子程序采用汇编语言编写,除此之外之外。其他全部程序代码采用C语言编写。

  如图4所示。设计PCB时,主要注意如下问题:1、按模块电路组合排列元器件。即将同一模块的元器件尽量排列在一起,以避免布线繁杂而难以发现检测或排除故障;2、布线时保证安全的线间距,设置好布线规则后。最好手动布线、需要与外界连接的接口,一般放在P C B的边缘;4、滤波电容。

  需靠近要滤波的器件附件,相互连接的导线不宜过长。否则影响滤波效果。检查确保制成的PCB没有短路、断路以及连错的情况下,将相应元器件焊接于制成的PCB上。

  以万用表检测硬件的连接线路;在保证硬件电路没有短路、断路等问题的情况下。使用宏晶科技单公司所提供的下载软件(如图5所示)。将程序下载到STC89C52RC单片机上。从而进行软硬件结合调试。

  在调试的过程中,遇到如下故障,下载成功并给系统上电,刚开始程序正常运行,具有预期效果--数码管显示出温度值。而不到1分钟。数码管不再显示。此时,用手摸MCU,发现温度正常不发热。按复位键,无效;然后拔掉电源,用万用表测试数码管。数码管完好;后来换了另外一块完好的MCU,问题依然存在;最后着手去查硬件问题,发现MCU复位电路上的电解电容焊接反了,将该电容替换,问题得以解决。用WNY-03型0-1 50℃水银温度计头插入温控样品容器箱,测20℃,30℃,40℃,50℃控制值与实际值的偏差。

  制作成品如6所示。整个系统所具有的功能:(1)具有简易可行的温度采集功能。(2)依据所采集的温度值和设定的恒温值进行对比,并决定对系统环境加热或者冷却实现自动控温。(3)实现对小范围环境(如样品容器箱)的恒温。

  本设计以经典的低廉单片机作为微控制器,设计了具有友好人及交互界面、智能化高等特点的温控样品容器箱。另外,需要指出的是。该系统仍然具有完善空间,如选用贴片封装的元器件。半导体制冷器件等。改善软件方面,亦有很大的空间。如程序滤波算法的应用,将进一步减少温度误差。将使该系统控制精度更高、功耗更低。温度控制范围更大。

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