基于单片机恒温箱控制系统设计

刘丹妮 陈腾飞

摘要：本系统设计是基于STC89C51单片机的恒温箱控制管理系统，主要硬件部分有：DS18B20温度传感器、显示、键盘、报警和复位的设计;软件主要功能是编辑温度显示驱动程序、控制程序设计和报警程序的设计等。本设计主要功能是通过设置和调节初始温度的数值，在液晶屏上显示，当温度超出设置温度时，报警系统将会启动进行报警，然后启动复位系统将加热系统关闭，实现复位。

关键词：单片机STC89C51 温度控制 恒温箱 温度传感器DS18B20

0引言

随着科技水平的提高，各领域对温度调节的要求也越来越高。本设计以家用便携恒温箱为例，采用数字温度传感器DS18B20，因其A/D 转换器在内部集成，使得电路板上的电路布线结构简单，从而减少温度测量转换时的精度损失，使测量温度更加精确。由于单片机功能强大，并且具有控制简单、程序载入灵活等特点，因此本设计硬件电路以STC89C51单片机为核心来实现温度控制;选择51单片机作为小型温度采集系统，与传统设计相比，具有成本低、使用方便、相对测量精度高等优点，潜在的实际应用价值较高。系统还采用具有温度数值的显示和温度设置功能，具备下限温度警报和自动实时控制的功能，设计时有蜂鸣器可自动报警，提高了数值控制恒温箱系统工作的稳定可靠性和日常使用的安全性。

1电路功能模块介紹

系统设计由时钟电路、键盘输入电路、复位电路和加热制冷电路等组成。

1.1时钟电路

单片机必须通过外部时钟的振动来启动，才能正常连续驱动。在单片机的内部设有同步时钟振荡电路，在振荡器连接到外部的情况下，可以将时钟信号提供给单片机内部的各部分，直接决定外部的单片机整体正常工作的时钟频率。本设计中，使用内部振动方式，振动振荡器振动，形成矩形时钟脉冲序列时，仅用为XTAL1和为XTAL2上外部连接定时反馈电路，电路中的两个电容器的作用是帮助振荡器的起振和微调振荡器的频率。在电路的设计上面，为了减少寄生电容以及使振荡器稳定、可靠的工作，选用的陶瓷振荡器尽可能接近单片机芯片。如图1所示

1.2键盘输入电路

本次的设计是采用按钮电路来代替键盘来输出数值，用以控制编译器程序运行时进行的数据输入或者是特殊功能的选择性设置和操作。在控制电路中，如果一个按键的数量很少，那么就可以选择使用一个按键来对应另一条输出线进行控制，即为独立式的按键。在两个电路相互连接的情况下，所有的数据输入线都接高电平，而每一次按键按下的时候相连的数据输入线要转为低电平，未处理可以判断有没有按键被按下。

1.3复位电路

复位系统电路启动是一种专门设计用来将一个电路启动恢复起始时的运行工作状态的一种电路启动装置。复位驱动控制电路的设计目标主要是能够有效保证复位控制电路系统稳定地工作，他不仅因为这样可以确保程序有效地执行，而且当由于操作失误或者程序执行错误而导致引起的操作系统死机时，复位控制电路即可允许他的复位再次开始。单片机的复位工作需要外部控制电路进行实现，在振荡器工作的这个时候，RST引脚还必须保持两个周期及以上的连续高电平才能使其停止复位。

1.4加热和制冷电路

通常制冷有风冷、水冷、压缩机制冷、半导体制冷等几种方式。控制电路是通过对加热模块与降温模块的 通断控制从而达到温度在设置的范围内。本设计本电路设计主要采用晶闸管对电热丝的供电进行控制，它具有体积小、重量轻、控制灵敏反应快、损耗小效率高等特点。本设计欲采用半导体制冷技术来进行制冷，在各种制冷系统技术中，半导体制冷的主要特点是高温制冷系统体积小、重量轻、制冷速度快、可靠性高等。

2软件程序流程图

由于STC89C51单片机具有ISP功能，可实现在线编程，通过上位机软件直接与PC机连接就可完成程序的下载烧录，无需反复插拔单片机，无需昂贵的专用编程器，甚至不需要仿真器，用户可直接查看结果，达到调试目的。软件设计采用模块化设计，由主程序模块、数据转换与控制子程序模块组成。

3仿真及实验结果分析

本设计采用Proteus进行仿真，用Keil4来进行程序编写。当放入程序并接通电源时，显示屏会显示当前恒温箱内的温度，通过点击三个按钮来所需要的调节温度，并通过最上面的设置按钮来确定温度，并运行程序来，系统并根据当前温度来确定升温或者降温，并最终达到设定的温度。当达到设定温度时恒温箱内的温度就会保持在这个区间。当温度高于上限或者比下限低时，系统将会启动蜂鸣器报警系统，产生报警。当温度过低时，会启动加热程序进行升温。当温度过高时，会通过制冷系统进行降温。而当温度高于上限或者低于下限超过一分钟时，系统将自动启动复位程序，从而达到了温度恒定和保护恒温箱的目的。

4总结

恒温箱控制系统硬件部分主要是由温度传感器、STC89C51单片机、键盘和显示等系统构成。其中温度传感器采用DS18B20，显示硬件采用LCD1062显示器。软件部分采用C语言进行编程，并使用Keil4进行编辑，在Proteus 8中进行画图并仿真。最终实现了通过键盘按钮来实现对温度设置，当温度超设定的上下限时，系统将会自动判断，启动相应的加热、制冷或复位程序。

参考文献：

[1]陈菁，张小溪.基于单片机的小型恒温箱设计[J].现代电子技术，2014，37 （22）：101-104.

[2]陈英.基于半导体制冷原理的恒温实验箱控制系统研究[J].柳州师专学报，2014，29（01）：113-116.

[3]彭梦迪，郑晟.高精度恒温箱温度控制系统的实现[J].现代电子技术，2021，44（02）：9-12.

山东协和学院 济南 250107