动物饲养恒温箱控制系统的设计毕业论文.doc

动物饲养恒温箱控制系统的设计毕业论文目录摘 要 IAbstract II第1章 绪论 11.1研究背景及意义 11.2研究现状 31.3研究内容 4第2章 系统总体方案设计 62.1 设计方案论证 62.1.1 方案一 62.1.2 方案二 72.2设计方案选择 7第3章 系统硬件电路设计 93.1电源电路 93.2 控制芯片选择 103.2.1 AT80C51芯片 113.2.2 引脚说明 113.3显示电路 153.3.1 七段LED数码管的原理 153.3.2显示电路整体设计 183.4 键盘电路 183.5温度采集电路 193.5.1 DS18B20引脚及说明 203.5.2 DS18B20的参数和用法 203.6 时钟频率电路 223.7 复位电路 233.8 越限报警电路 243.9 执行电路 25第4章 系统软件设计 264.1软件任务分析 264.2 主程序 274.3 设定温度子程序 284.4温度采集子程序 294.5温度比较处理子程序 294.6定时中断应答子程序 304.6.1定时中断0中断服务子程序 304.6.2定时器1中断服务子程序 314.7 模糊运算子程序 32第5章 调试与仿真 365.1 调试过程与现象 365.2 调试问题及解决方法 365.2.1 调试问题 365.2.2解决方法 365.3 仿真结果 375.3.1 温度控制仿真 375.3.2 设定温度程序仿真 385.3.3 DS18B20 温度采集程序仿真 38结束 40参考文献 41致谢 43附录A 系统硬件电路图 44附录B 程序清单 46动物饲养恒温箱控制系统的设计第1章 绪论 随着生活水平的提高，越来越多的人喜欢饲养宠物，采用单片机控制并加入控制算法实现温度的精确控制，能够提高动物的成活率，改善动物的生活环境。

因此，该课题具有重要的理论意义和使用价值1.1研究背景及意义在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道温度是工农 业生产、气象、环保、国防、科研、航天和科学实验中的重要参数，它是一种常见的过程变量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形，结晶以及空气流动等物理和化学过程温度控制不好就可能引起生产安全，产品质量和产量等一系列问题温度控制是许多机器的重要的构成部分，它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，然后进行工件的加工与处理不论是在生活中还是在工业生产过程中，温度的变化对生活、生产的某些细节环节都会造成不同程度的影响，所以适时地对温度进行控制具有重要的意义[1]温度是工业对象中主要的被控参数之一，象冶金、机械、食品、化工各类工业中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，对工件的处理温度要求严格控制，计算机温度控制系统使温度控制指标得到了大幅度提高[3]温度控制器是实现可测温和控温的电路,是对温度进行控制的电开关设备，它主要分为机械式温控器和电子式温控器两种，温度器属于信息技术的前沿尖端产品，已被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。

现今社会，越来越多的环境需要对温度进行控制,随着温控器应用领域和范围的日益广泛，温控器的研究与应用正在市场中逐渐占有一席之地,并在日渐成熟中占有巨大的市场前景随着研究的发展与深入, 温控器现已陆续推出基本款的A系列、高功能的B系列、模块化省配线的C系列等等齐全系列温度控制器[4]温度控制器的发展与研究已越来越势不可挡, 但目前温控器行业进入门坎相对较低，如何为客户提供更合适、性价比更好的产品，以及如何及时开发新的需求并实现它的价值已越来越重要, 在这种情况下温度控制器的研究十分必要传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，现今的温度采集以单片机为主的微处理器测控技术，形成数字与模拟混合的测控系统和纯数字测控系统的应用，并正向全数字测控方向快速发展单片机是在一块硅片上集成了各种部件的微型计算机，这些部件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路用单片机取代模拟电路作为温度的测量控制器有如下优点[5]：（1）可靠性高芯片本身是按工业测控环境要求设计的，其工业抗干扰能力优于一般的通用CPU，且程序指令、系统常数均固化在ROM中，不易破坏，硬集成度高，使系统整体可靠性大大提高。

2）易于扩展单片机内具有计算机正常运行所必需的部件，芯片外部有许多供扩展用三总线及并行、串行管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统3）控制能力强为满足工业控制要求，单片机的指令系统均有极为丰富的条件分支转移指令、I/O端口的逻辑操作以及位处理能力4）体积小由于单片机的高集成度，整个电路系统的体积有得到大幅度缩小，使便携式仪器的制造成为可能要想构成一个先进的温度测控系统，除了采用单片机作为其控制器外，性能优良的温度传感器也是必不可少的智能温度传感器是在模拟集成温度传感器/控制器的基础上发展而成的第三代温度控制器，它将温度传感器、A/D转换器、寄存器、接口电路集成在一个芯片中，有的还包含中央处理器（CPU）、只读存储器（ROM）、随机存储器（RAM或SRAM）、实时日历时钟以及温度控制与报警电路等其主要优点是：数字化输出、测试及控制能力强、传输距离远、抗干扰能力强、微型化、微功耗、易于配微控制器（MCU）或微型计算机进行数据处理或温度控制本系统紧跟当今传感器的发展潮流，选用美国DALLAS半导体公司生产的DS18B20型单线智能温度传感器作为温度采集控制部件以实现更高的系统指标[6]并且随着生活水平的不断提高，越来越多的人喜欢饲养宠物，但也碰到了很多棘手的问题，比如宠物的休眠期混乱，宠物不吃不喝，甚至死亡等。

一般人饲养动物都只是给其提供一个活动场所和食物，缺不知道温度对动物生长发育的重要性，也就导致了一些宠物的健康状况不佳甚至死亡动物饲养恒温箱正是为了弥补这一缺憾而制作的它采用时下流行的单片机作为控制中心，在温度检测方面，摒弃了传统的热电偶、热电阻、PN结，转而采用一种新型、可编程温度传感器——DS18B20[7].它不需要复杂的信号调理电路和A/D转换电路，能直接与单片链接完成数据采集和处理，具有实现方便、精度高、抗干扰能力强的特点在升温和降温方面使用了加热电阻和风扇，此二者简单、适用、可靠性高在单片机和程序的共同作用下，各功能部件协同工作，使箱内温度恒定在最适合小动物生长的范围内而单片机和DS18B20温度传感器具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，能耗低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特的优点，在数字化，智能化方面有很广泛的用途，特别是随着国民经济的发展，饲养宠物已经成为了一种生活时尚，人们对饲养箱的温度控制精度和灵活性都提高了要求而采用单片机为控制芯片，DS18B20为温度检测芯片，并加入模糊控制算法进行控制的饲养恒温箱不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高本空温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量[8]。

单片机的使用，使控制系统具有了一部分人脑的智能，可大大的服务于人民的生活1.2研究现状国外先进国家设计的各种温度控制自动化水平较高，装备有完善的检测仪表和计算机控制系统其计算机控制系统已采用集散系统和分布式系统的形式，大部分配有先进的控制算法，能够获得较好的工艺性能指标而国内大多数采用仪表控温，由于控制设备精度低，使产品质量受到很大影响很多企业由于种种原因，尚无能力购置先进的温度自动控制系统[9]目前市场上大致有3类温度控制系统分别是：单片机温度控制系统、嵌入式温度控制系统、基于SOPC的温度控制系统它们有各自的优点与缺点，我们可以根据具体要求进行选择基于ARM的测控系统主要由测温器件、ARM微处理器、键盘及显示单元组成测温器件是用作温度的采集ARM微处理器是系统的核心部分，它用来控制整个系统的工作流程整个系统的硬件部分分为五个部分，即电路部分、检测电路部分、控制及显示电路部分以及输出控制系统工作原理为ARM微处理器向传感器发出信号，启动温度传感器采集温度数据，温度传感器采集完一次数据后，将模拟量转换为ARM处理器能识别的数值信号ARM微处理器实时扫描进行数据的采集，对采集到的信号进行处理[10]。

基于单片机控制的温度自动控制系统中，材料温度由热电阻测量，信号通过放大器放大，毫伏信号放大后由A/D转换成相应的数字量，再通过光电耦合器，进入主机电路由主机进行数据处理，判断分析，再输出数字控制量，去控制加热功率，从而实现对温度的控制同时，超过上下限时进行自动报警，控制中自动显示温度值[11]基于单片机控制的动物饲养恒温箱，加入模糊控制算法，使被控对象的温度波动大幅度减小，具有响应时间短、超调量小、控制精度高、稳定性好、智能化等优点经过仿真，此控制系统工作稳定可靠，满足了系统温度控制精度要求，具有较高的实用价值目前，市场上有很多比较先进的温度控制仪，如美国福禄克公司(Fluke Corporation)提供的紧凑式高准确度标准温度炉，能满足只有极少公司才可达到的IECIOIO 和CSA安全标准其500系列温控仪有以下特点:-45℃～670℃可选温度范围，温度稳定性为0.02℃，温度一致性为0.05℃，温度不确定性0.1℃，计算机接口包括RS-232标准配置，重量13.6kg，尺寸为318*203*267mm 福禄克公司旗下的HART公司更是温度校准的恒温曹世界第一销量的公司，HART设计的独一无二的控制技术能够给出±0.0001的温度稳定性。

恒温槽设置点的超高分辨力可达到小数点后5位的高精度另外，还有德国的Lauda公司生产的加热/冷却恒温浴槽、冷却器，温度控制精度可达正负0.01这些都是当今在温度控制领域研究出来的比较先进的产品，其势头还将一路发展下去，本领域的研究还将不断地进行，也必将会有更多、更加先进、经济的产品问世[14]1.3研究内容本课题主要从温度控制系统的硬件系统和软件系统的设计来研究，在文章的各章节中有具体的表述第1章 绪论 主要分析了课题研究的时代背景、意义以及研究的现状以及今后的发展方向第2章 系统总体方案设计 详细论述了两种设计方案，并通过对两种方案的分析和对比，最终确定了选择了方案二为本课题的设计方案第3章 系统硬件设计 详细讲述了系统的硬件部分，把整个系统的设计拆分成几个小的模块，各模块功能如下：1、电源电路，为单片机提供稳定的电源；2、主控芯片的选型；3、温度检测，用DS18B20实现温度检测，最高精确到0.1℃；4、按键模块，用于调整和设置温度，其设置范围20-40℃；5、LED显示电路，用三位共阴极LED数码管显示温度值；6、驱动电路，驱动加热电阻和风扇实现升降温过程；7、蜂鸣器，用于调试和报警等。

第4章 系统软件设计 对系统的软件部分进行了分析与设计，其功能为：1、实现对数据接口的控制；2、实现数据的读取、存储、显示和报警等应用用能第5章 软件仿真与调试 使用软件对系统进行了仿真，并给出了部分仿真结果 第2章 系统总体方案设计 本章节介绍了动物饲养恒温箱控制系统设计的两种方案，通过对其有缺点的论证，最终确定了系统的设计思路2.1 设计方案论证2.1.1 方案一其系统功能图如图2.1 图2.1 方案一系统结构图整个系统分为五。