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基于單片機恒溫孵化控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
沈陽工學(xué)院 孔德尉1 楊芳芳2 2017/4/17 8:49:19
摘要：恒溫孵化器是以恒溫控制系統(tǒng)為核心的一個恒溫裝置。它能夠使容器內(nèi)的溫度恒定，是用以飼養(yǎng)或培養(yǎng)生物的箱型器具。對于恒溫孵化器來說，最為關(guān)鍵的就是對溫度的精確控制。單片機的特點是功耗低；微處理器的性能好，控制精準(zhǔn)；價格便宜。因此，本系統(tǒng)以單片機為主控對象，實現(xiàn)控制功能。
關(guān)鍵詞：單片機；孵化器；溫度；
本系統(tǒng)是以STC89C52為主體，采用DS18B20單總線式數(shù)字溫度傳感器作為溫度采集裝置而設(shè)計制作的恒溫孵化控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要功能是實時采集恒溫孵化器內(nèi)的溫度數(shù)值，并且同步顯示；與此同時，用戶也可以設(shè)定恒溫孵化器內(nèi)的溫度閾值，這時系統(tǒng)將采集回來的溫度數(shù)據(jù)與用戶所設(shè)定的溫度值進行比較分析，通過差分算法得出實際溫度與理想溫度的偏差量，進而根據(jù)這個偏差量的大小來控制制冷、制熱裝置的輸出功率大小，從而連續(xù)而穩(wěn)定地將孵化器內(nèi)的溫度穩(wěn)定在用戶所設(shè)定的溫度閾值內(nèi)，實現(xiàn)恒溫控制的目的。
1、硬件系統(tǒng)
本系統(tǒng)采用的是模塊化的設(shè)計，主要可分為以下幾個部分：溫度原始數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)的初級處理與分析、溫度數(shù)據(jù)的實時顯示、溫度閾值的設(shè)定、PWM控制算法、執(zhí)行裝置等。
單片機模塊：采用STC89C52型號單片機的最小系統(tǒng)電路是整個溫度控制系統(tǒng)的核心電路，最小系統(tǒng)電路包括晶體時鐘振蕩電路、復(fù)位電路、供電電路三大部分。
溫度采集電路：本系統(tǒng)選擇DS18B20作為溫度傳感器。與傳統(tǒng)的溫敏電阻相比，DS18B20具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強，精度高的特點。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。
溫度顯示與鍵盤電路模塊：本系統(tǒng)的顯示部分只是用來顯示和設(shè)置溫度數(shù)值，不用于其它顯示，所以采用兩位七段數(shù)碼顯示器作為顯示機構(gòu)；作為一個恒溫孵化器來說，唯一的可設(shè)置對象為預(yù)期的溫度值，所以可以采用自增和自減的控制方法，因此，使用三個獨立按鍵即可實現(xiàn)。
電源電路設(shè)計模塊：本設(shè)計采用兩級電壓變換，由于電壓從供給到需求由高到低，所以首先要產(chǎn)生12V的直流電。半導(dǎo)體制冷片工作所需要的+12V直流電對電壓的穩(wěn)定性要求不大，但對電流有較大需求，所以在這里采用技術(shù)成熟的外置開關(guān)電源，即220V轉(zhuǎn)12V的開關(guān)變換器。
2、軟件系統(tǒng)
本系統(tǒng)控制程序的主要功能是實時采集恒溫孵化器內(nèi)的溫度數(shù)值，并且同步顯示；與此同時，用戶也可以設(shè)定恒溫孵化器內(nèi)的溫度閾值，這時程序?qū)⒉杉貋淼臏囟葦?shù)據(jù)與用戶所設(shè)定的溫度值進行比較分析，通過差分控制算法得出實際溫度與理想溫度的偏差量，進而根據(jù)這個偏差量的大小來控制制冷、制熱裝置的輸出功率的大小，從而連續(xù)而穩(wěn)定地將孵化器內(nèi)的溫度穩(wěn)定在用戶所設(shè)定的溫度閾值內(nèi)。實現(xiàn)恒溫控制的目的。
控制系統(tǒng)程序分為三大部分，分別為溫度采集模塊、PWM控制算法以及參數(shù)的顯示按鍵控制模塊，本系統(tǒng)的整體程序流程圖，如圖1所示。
圖1 整體程序流程圖
3、結(jié)論
本方案的特點在于：可以準(zhǔn)確的測量環(huán)境的溫度值，并且通過顯示機構(gòu)實時的進行顯示，同時用戶可以準(zhǔn)確的設(shè)定并控制裝置的溫度，使其接近理想溫度值。并且，這個方案還具備報警功能，可以在控制失效時及時提醒用戶并且做出相應(yīng)的應(yīng)急操作，以減少事故的損失。
參考文獻：
[1] 李曉荃．單片機原理與應(yīng)用[M]．http://sdhuihe.com，2000．
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[3] 張毅剛．單片機應(yīng)用設(shè)計[M]．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997：21-45．
作者簡介：
孔德尉( 通訊作者)，1983 年10 月，女，漢族，遼寧人，沈陽工學(xué)院， 教師，講師，碩士學(xué)位，專業(yè)：農(nóng)業(yè)電氣化與自動化。
楊芳芳，1984年，國電電力發(fā)展股份有限公司和禹水電開發(fā)公司，研究生，工程師。
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