广州大学松田学院
毕业论文（设计）
题目恒温箱湿热反馈控制系统的电路设计
学生姓名汤桢文
专业班级电气工程及其自动化（1）
导师姓名曾霞
二○一五年五月
毕业论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的毕业论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本毕业论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
20 年月
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20 年月
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导师签名：
20 年
月日
恒温箱湿热反馈控制系统的电路设计
摘要：由于科技的高速发展，一个可调精确的温湿度控制系统在现代工业生产以及科研实验中是非常需要的。本设计以单片机AT89C51为主要控制处理单元，通过温湿度传感器DS18B20采集温湿度信号，电阻型湿度传感器，然后单片机进行信号的处理最后把温湿度信号传输到显示屏上显示，设计了一套湿热反馈控制系统。通过proteus7.8仿真软件仿真后，得到了系统功能符合设计预期的目标的结论，验证了本系统既能够实时地显示当前温湿度，也能够准确地实时控制温湿度，能够满足用户实际的需求，最终保持此温湿度恒定。另外为发挥单片机自身集成众多系统级功能单元的优势，从而对系统软件和硬件设计进行了合理规划，在保证功能多样化前提下有效降低硬件成本，系统操控简便。
关键词：AT89C51单片机, 温度传感器DS18B20，反馈控制
Incubator adjustable accurate temperature and the modern industrial production and scientific research experiments is needed.This design by single chip microcomputer AT89C51 as the main control processing unit, signal through the temperature and the MCU signal processing the last signal transmission to the display screen shows the temperature and software simulation, we get the conclusion of the function of system comply with the design the expected target, verified the system can real-time display the current temperature and be used to accurately control temperature and satisfy the user's actual demand, finally to keep the constant temperature and addition to play to the microcontroller itself integrated advantages of numerous system level function unit, and the system software and the rational planning, under the premise that guarantee function
diversification effectively reduce the of the system.
Keywords：AT89C51, the temperature sensor DS18B20, feedback control
目录
第1章绪论 (6)
1.1 课题研究的背景和意义 (6)
1.2 研究的主要内容 (6)
第2章系统总体设计 (8)
2.1 系统的主要组成部分 (8)
2.2 系统需求分析 (9)
2.3 智能恒温箱的工作原理 (9)
第3章智能恒温箱的硬件设计 (12)
3.1 硬件电路设计概述 (12)
3.2 总体硬件原理图 (12)
3.3 时钟频率电路设计 (15)
3.4 复位电路设计 (15)
3.5 显示电路的设计 (16)
3.5.1 显示电路概述 (16)
3.5.2 七段LED数码管的原理 (17)
3.5.3 显示电路整体设计 (18)
3.6 开关键盘设计 (19)
3.6.1 指拨开关 (19)
3.6.2 按键开关 (20)
3.7 指示灯电路 (21)
3.8 温湿度采集电路 (22)
第4章软件设计 (28)
4.1 软件任务分析 (28)
4.2 程序流程图 (28)
4.3 仿真图 (33)
致谢 (34)
附录A 主要源程序 (36)
1绪论
1.1 课题研究的背景和意义
随着科技的日益进步，智能设备越来越被人民所认同及使用。单片机
技术则是智能设备里面重要的组成部分。由于单片机技术体积小，性能强，
能够大大地减少产品的体积，增加产品的功能，所以在很多领域，比如电
子仪表、家电，工业控制，微型计算机等都普遍存在单片机的影子。人民
感受到单片机带来的便利，也因此赋予单片机更广泛的应用，而且不断为
单片机添加更多新的功能与新型技术.
近年来，电子产业对于单片机的需求非常大。因此，对于单片机的开
发也变得流行起来。得益于单片机体积小，功能多，经济耐用等优秀特性，
所以本设计也采用了单片机作为主要的中央控制单元，以满足对温湿度数
据的处理，以及整个系统的控制。由于智能恒温箱的至高性能是由温湿度
控制性能这个特性决定的。所以本设计更加专注于单片机的合理使用以及
更深层次的探索。
在医疗技术，特殊要求的工业生产和高品质要求的食品加工等领域，
智能恒温箱的温湿度的测量以及控制一直都是重中之重。然而，市面上的恒温箱由于所用传感器功能各不相同，所以精确度也参差不齐。另外，由于温湿度传感器容易受到环境温度的影响。所以，良好的制作工艺以及科学的设计才能保证好温湿度控制的精确度以及保持度。可喜的是，现在的科学技术日新月异，使得开发新一代温湿度测量系统变得更加得便捷以及可靠。在本设计中，我们采用的是数字传感器将所需的温湿度通过数字信号的方式传给单片机，然单片机经过运算得出的数据送到显示系统显示，同是也不断通过和预设的值进行比较，然后调节供热系统和供水系统，使得整个系统的温湿度维持恒定，实现恒温恒湿的功能。
1.2 研究的主要内容
出于设计的便捷以及错误的查找，本设计采用了模块化的设计，包括温湿度采集模块，显示温湿度模块和控制系统部分。至于如何加热制冷，加湿和去湿，就不详细阐述了。系统上电后，初始温度为25度，湿度为50%，用户根据自己的需求来对智能恒温箱进行调节，温度可调范围0~99度，湿度为0~99%，当调节状态结束后，系统会根据采集的温湿度数值对设定值进行比较，当实时的温湿度比预设值低时，就开启供热设备或者加湿设备。同理，如果采集到的温湿度数据比预设值高的话，就开启制冷设备或去湿设备。另外，用户可以在显示系统上看到实时地温湿度，表示显示实际温湿度的发光二极管点亮；如果用户想要知道自己预设的温湿度，可以按下显示切换按键，即可切换到预设值界面，表示预设值得发光二极管点亮。在三秒没操作后，系统自动返回实时温湿度界面。
2系统总体设计
2.1 系统的主要组成部分
本系统是采用模块化设计的智能恒温箱，包括设定模块，显示模块，调节模块，切换模块和采集模块等五大模块，另外还可以根据以后功能的需求再添加其他诸如报警等相关功能。显示模块能够显示实时地温湿度还能显示用户自己需求设定的温湿度。
系统的主要功能模块方框图如图2-1所示。
图2-1 系统主要功能模块方框图
本系统是采用模块化设计的智能恒温箱，在生活中可有广泛的应用，系统通电后默认初始温度25℃，湿度50%，使用时用户可根据自己需求自行调节温湿度，可调范围0~99℃，0~99%。调节好后系统会将采集后的温湿度数据与预设值进行比较，从而判断其他外部供热制冷等设备的开启，
单片机整个恒温箱的核心，内部电路设计用汇编语言编写。它完成了温湿度参数设定，温湿度采集计算，温湿度显示，温湿度比较，温湿度控制调节等功能。
2.2 系统需求分析
1.在使用中可以将传感器采集的原始数据转化成为我们常见的温湿度值。
2.在0~99℃，0%~99%的范围内，人们可以自由调节预设的温湿度。
3.不断实时与预设温湿度进行对比，从而保证整个系统对温湿度控制稳定性的需求。
4.将设定的预期温湿度和实时温湿度同时显示出来。
2.3 智能恒温箱的工作原理
智能恒温箱的基本工作原理：在恒温箱通电工作后，系统会先运行采集模块，然后将传感器采集来的原始数据转化为摄氏度表示的形式让中央控制单元进行判断，然后根据与预设值比较，再根据比较后的结果发送相应的指令（加热，或制冷；加湿或干燥），经过不断地比较修正，从而使得整个系统达到用户所需求的温湿度并通过显示系统将实时地温湿度显示出来。恒温箱的工作流程如图2-2所示：
图2-2 恒温箱工作流程
1.设定预设值。如果用户想调节预设的温湿度时，可以先通过按下“设定温湿度”按钮来使系统进入调节界面，然后可以按“温度”按钮进入温
度调节系统，或者按“湿度”对湿度进行调节。按相应的“+”来对温度或者湿度进行加一摄氏度或者湿度的操作。同理，按下相应的“-”来对温度或者湿度进行减一摄氏度或者湿度的编辑。短暂的系统响应后，显示器上会显示调节后的温湿度，温度变化范围为0~99度，湿度范围为0~99%。当湿度或者温度达到99时，再按下+一后，温度或者湿度也会跳到0；如果温度或者湿度为0时，按下-一后温度或者湿度都会跳到99。如果用户已经完成调节后，可以通过再次按下“设定温湿度”跳出调节状态。
2.信息的采集和运算。单片机通过数据线与温湿度相应的传感器进行通信，从而或者实时地数据，然后它再对数据进行运算，把原始数据转化为摄氏度或者湿度的形式进行保存。
3.温湿度比较和温湿度调节。单片机把自己保存的数据与预设值进行比较。如果温度高于预设温度就开启制冷设备，如果温度低于预设值则开启加热设备；如果湿度小于预设值就开启加湿设备，大于预设值则开启去湿设备。
4.实时温湿度显示。单片机将保存在自己内存中的温湿度通过数据线传送到显示器上显示。。
5.设定温湿度显示。若想查看设定的预期温湿度，则需按下“显示切换”按键，然后LED显示器就会显示设定预期的温湿度，显示时间为数秒，跳出预期温湿度的显示。若再想查看预期温湿度显示需再次按下“显示切换”按键。
总的来说，本设计充分利用了AT89C51单片机以及附加的外围电路完成了对整个温湿度控制系统的设计，整个恒温箱的稳定性以及可靠性都大大提高，电路结构也得到优化，节约了成本，是一个比较实用经济的工程设计。
3智能恒温箱的硬件设计
3.1 硬件电路设计概述
本课题设计主要分为硬件电路设计和软件设计。在整个设计的开始时，工程师就得先设计好每个部分它所要实现的功能。而软件设计则是一贯到底的。在设计的中期，后期，用软件对整个设计进行仿真，对整个设计的核心-单片机进行程序的写入是很有必要的。由于近年来电子电路技术的高速发展，集成度高的各种芯片也不断问世，这使得硬件设计的工作变得更少，但是也不能说完全舍弃了硬件设计这个部位。为了使得整个设计的硬件电路设计显得合理，应先注意以下几个方面：
1.尽可能选取功能多，集成度高的芯片来对硬件电路的设计进行简化，因为功能强的芯片的成本会把整个电路设计的成本降下来。如果是到了实际生产的话，效果更显著。
2.留有设计余地。在电路设计中，也要考虑到以后系统升级更新换代的需求。另外，还要考虑维修的可能性。
3.程序空间。选用片内程序空间足够大的单片机，本设计采用89C51单片机。
4.RAM空间，由于89C51软件的内部RAM不多，当要增强数据处理能力时，会觉得不够用。可以选用8155作IO接口，就可以增强256字节RAM。如果有更多的数据需要处理，则应配置足够的RAM，如6264、62256等。也可以通过改变算法来使程序继续起来更加高效，减少了再外接RAM的麻烦。
5.IO接口，一般设计都会预留输入输出接口，方便功能的添加以及以
后更新的需求。
3.2 总体硬件原理图
总体硬件原理图（图3-1）中，89C51单片机为U1芯片，温湿度传感器DS18B20为U2。单片机的P1.2口接温湿度传感器。接入单片机的P1.0，P1.1口。如果“》（Third Edition）.Higher Education Press,2002
[11]StevenF.Barrett Daniel[M].北京：电子工业出版社，2006
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