生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)

1、武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書摘要計算機控制技術主要研究如何將計算機技術和自動控制理論應用于工業(yè)生產過程，并設計出所需要的計算機控制系統(tǒng)，是自動化專業(yè)的主干專業(yè)課程。生物培養(yǎng)液微機溫度控制系統(tǒng)的設計涉及到傳感與檢測技術、A/D轉換技術、自動控制技術、單片機的編程和應用等知識。本文詳細地介紹了基于單片機AT89C51和溫度傳感器LM35的溫度控制系統(tǒng)的設計方案與軟硬件實現(xiàn)方案。系 統(tǒng)采用數(shù)字溫度傳感器LM35采集溫度信號裝化為模擬信號電壓信號，經過ADC0808A/D轉換成單片機可識別的數(shù)字電壓信號，數(shù)碼管顯示溫度測量值與設定值。當溫度低于設定值時，單片機控制繼電器啟動加熱電阻絲加熱，

2、當溫度高于設定值時，單片機控制繼電器啟動風扇制冷，從而實現(xiàn)了控制溫度的目的。關鍵字：單片機、A/D轉換、溫度控制傳感器、LED生物培養(yǎng)液微機溫度控制系統(tǒng)1設計要求1.1初始條件設計一個生物培養(yǎng)液微型計算機溫度控制系統(tǒng)，系統(tǒng)為一階慣性純滯后特性，溫度在1525范圍內連續(xù)可控，溫度控制精度為 0.5；通過LED 顯示溫度。1.2要求完成的主要任務1. 輸入通道及輸出通道設計（溫度傳感器，A/D轉換，PWM輸出控制和溫度調節(jié)驅動電路）； 2. 鍵盤(溫度設置)與LED（溫度顯示）接口設計； 3. 采用改進PID控制算法； 4. 系統(tǒng)軟件流程及各程序模塊設計； 5. 完成符合要求的設計說明書2總體設計

3、方案及框圖2.1系統(tǒng)設計方案論證實現(xiàn)溫度控制的方法主要有以下幾種。方案一：采用純硬件的閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點在于速度較快，但可靠性比較差控制精度比較低、靈活性小、線路復雜、調試、安裝都不方便。且要實現(xiàn)題目所有的要求難度較大。方案二：單片機與高精度溫度傳感器結合的方式。即用單片機完成人機界面，系統(tǒng)控制，信號分析處理，由前端溫度傳感器完成信號的采集與轉換。這種方案克服了方案一的缺點，所以本設計方案是基于該方案。2.2系統(tǒng)結構框圖該生物培養(yǎng)液微型計算機溫度控制系統(tǒng)由以下幾個部分組成：溫度檢測電路，信號放大電路，A/D轉換電路，加熱控制電路，降溫電路，報警電路，鍵盤（溫度設置）模塊和LED（溫度顯

4、示）模塊，單片機判斷輸入溫度信號與設定的溫度的差距，再通過改進的PID算法給以調節(jié)。放大器用來放大LM35的輸出模擬信號， ADC0808是用來把采集到的模擬電壓信號轉換成單片機可以識別的數(shù)字信號。高阻抗加熱絲和風扇（電機）是該溫度控制系統(tǒng)的溫度調節(jié)部分，當采集溫度不符合要求時，則通過計算機判斷后進行調節(jié)。風扇用來降溫，高阻抗加熱絲用來加溫。顯示部分則用來顯示生物培養(yǎng)液的當前溫度以及在設定時顯示設置的溫度值。溫度檢測電路采用溫度傳感器LM35來采集培養(yǎng)液的溫度。通過以上的幾個部分的組合，則組成了一個生物培養(yǎng)液微機溫度控制系統(tǒng)。生物培養(yǎng)液微型計算機溫度控制系統(tǒng)的結構圖如下圖2-1所示。溫度顯示電

5、路報警電路溫度設置電路C51單片機風扇降溫控制電路高阻抗加熱絲升溫控制電路A/D轉換電路信號放大電路傳感檢測電路生物培養(yǎng)液 圖2-1 生物培養(yǎng)液微機溫度控制系統(tǒng)結構圖3硬件設計3.1單片機選擇單片機的選擇在整個系統(tǒng)設計中至關重要，要滿足大內存、高速率、通用性、價格便宜等要求，本課題選擇AT89C51最為主控芯片。AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASHC存儲器（ FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單

6、片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。AT89C51芯片具有以下特性：與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程FLASH存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間：10年 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz 三級程序存儲器鎖定 1288位內部RAM 32可編程I/O線 兩個16位定時器/計數(shù)器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內振蕩器和時鐘電路AT89C51芯片管腳說明:V

7、CC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口

8、為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為

9、高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時器0外部輸入） P3.5 T1（記時器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。

10、ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但

11、在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET； /EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性: XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不

12、接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。AT89C51單片機引腳圖如圖3-1所示圖3-1 AT89C51引腳圖3.2溫度檢測電路溫度檢測電路包括溫度傳感器、由放大器和電阻組成的信號放大電路。選用的溫度傳感器型號為LM35，LM35是由National Semiconductor所生產的溫度感測器，其輸出電壓與攝氏溫標呈線性關系，轉換公式如式(3-1)，0C時輸出為0V，每升高 1C，輸出電壓增加10mV。 即： Vout-LM35(T)=10mv/CTC （3-1）LM35 有多種不同封裝型式，外觀如圖 2 所示

13、。在常溫下，LM35 不需要額外的校準處理即可達到 1/4C的準確率。其電源供應模式有單電源與正負雙電源兩種，其引腳如圖 3所示，正負雙電源的供電模式可提供負溫度的量測；兩種接法的靜默電流-溫度關係如圖 4所示，單電源模式在25C下靜默電流約50A，非常省電。圖3-2LM35封裝及引腳排列圖3-3單電源模式圖3-4雙電源模式由課程設計要求溫度在1525范圍內連續(xù)可控。因此，只需要單電源模式即可滿足要求。又由于， LM35輸出的電壓太小，因此將輸出用同相放大器放大十倍，參數(shù)設置根據(jù)公式Uo=Ui*（1+R2/R3） （3-2） 可以確定電阻的參數(shù)，其電路圖如下圖3-5所示。圖3-5 溫度傳感模塊

14、電路3.3A/D轉換電路由于LM35溫度傳感器輸出的是模擬量的溫度電壓值，單片機無法直接識別，因此需要對采集到的電壓信號進行A/D轉換，將其轉化為單片機能識別的數(shù)字量。本設計采用ADC0808A/D轉換器，下面介紹ADC0808的特性。3.3.1ADC0808主要特性(1）8路8位AD轉換器，即分辨率8位。 (2）具有轉換起?？刂贫?。 (3）轉換時間為100s(4）單個5V電源供電 (5）模擬輸入電壓范圍05V，不需零點和滿刻度校準。 (6）工作溫度范圍為-4085攝氏度 (7）低功耗，約15mW。 3.3.2ADC0808內部結構 ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式AD轉換器，內部結構

15、如圖1322所示，它由8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關樹型DA轉換器、逐次逼近。 3外部特性（引腳功能） ADC0808芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖1323所示。下面說明各引腳功能。 IN0IN7：8路模擬量輸入端。2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。與ADC0809不同的是，ADC0808的out8為最低位out1為最高位，out8-out1分別接單片機的P0.0到P0.7端。圖3-6 ADC0808通道選擇ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 START： AD轉換啟動信號，輸入，

16、高電平有效。 EOC： AD轉換結束信號，輸出，當AD轉換結束時，此端輸出一個高電平（轉換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當AD轉換結束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基準電壓。 Vcc：電源，單一5V。 GND：地。 ADC0808的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動 AD轉換，之后EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到AD

17、轉換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示AD轉換結束，結果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 圖3-7 ADC0808內部結構框圖圖3-8 ADC0808外部引腳圖本系統(tǒng)中ADC0809的轉化電路如下圖3-9圖3-9 ADC0809轉換電路接線圖3.4加熱控制電路在讀取到從溫度傳感模塊采集到的溫度數(shù)值后，與事先設定好的溫度值進行比較，若當前檢測得的溫度比設定的溫度低，則需要對培養(yǎng)液進行加熱處理。本系統(tǒng)利用高阻抗的電阻絲來對培養(yǎng)液加熱。如下圖10所示，在檢測到溫度比設定的溫度低時，P3.0管腳輸出高電平，從而NPN管道通，驅

18、動繼電器啟動，從而高阻抗加熱電阻絲導通加熱生物培養(yǎng)液。利用改進的PID算法來計算PWM脈寬得出控制輸出。從而根據(jù)檢測到的溫度而自動調節(jié)繼電器導通時間，從而實現(xiàn)實際溫度低于設定時加熱的功能。繼電器是具有隔離功能的自動開關，廣泛用于遙控，遙測，通信，自動控制，機電一體化及電力電子設備中，是最重要的控制元件之一。繼電器是在自動控制電路中起控制與隔離作用的執(zhí)行部件，它實際上是一種可以用低電壓、小電流來控制大電流、高電壓的自動開關。在本系統(tǒng)中，繼電器控制的自動溫度調節(jié)電路和AT89C51單片機中程序構成溫度自動監(jiān)測電路，實現(xiàn)對生物培養(yǎng)液溫度的監(jiān)測和自動控制。圖3-10 培養(yǎng)液電阻絲加熱電路3.5降溫控制

19、電路若當前檢測得的溫度比設定的溫度高，則需要對培養(yǎng)液進行降溫處理。本系統(tǒng)利用風扇來對培養(yǎng)液進行降溫。實際使用中也是同電阻絲加熱模塊一樣，采用繼電器，在滿足制冷條件下繼電器接通，接通制冷電源，利用改進的PID算法來計算PWM脈寬得出控制輸出，從而達到根據(jù)檢測到的溫度而自動調節(jié)繼電器導通時間在滿足制冷條件下繼電器接通，電風扇的電機接通電源而轉動制冷。也是利用改進的PID算法來計算PWM脈寬得出控制輸出。從而達到根據(jù)檢測到的溫度而自動調節(jié)風扇的轉速。圖 3-11 培養(yǎng)液降溫電路3.6LED溫度顯示電路由于任務書要求使用LED顯示溫度，而且溫度在1525范圍內連續(xù)可控，溫度控制精度為 0.5。因此，本

20、系統(tǒng)采用了四位共陽極的七段數(shù)碼管。如圖10所示為4位7段數(shù)碼管的原理圖。由于所有的段選線并聯(lián)到同一個 I/O，由這個 I/O 口來控制，因此，若是所 有的 4 位 8 段 LED 都選通的話，4 位 8 段 LED 將會顯示相同的字符。要使各個位 的 8 段 LED 顯示不同的字符，就必須采用動態(tài)掃描方法來輪流點亮每一位 8 段 LED，即在每一瞬間只選通一位 8 段 LED 進行顯示單獨的字符。在此段點亮時間內，段選控制 I/O 口輸出要顯示的相應字符的段選碼，而位選控制 I/O 口則輸出位選信號，向要顯示的位送出選通電平（共陰極則送出低電平，共陽極則送出高電平），使得該位顯示相應字符。這樣

21、將四位 8 段 LED 輪流去點亮，使得每位分時顯示該位應顯示的字符。由于人眼的視覺暫留時間為 0.1 秒，當每位顯示的間隔未超過 33ms 時，并在顯示時保持直到下一位顯示，則由于人眼的視覺暫留效果眼睛看上去就像是 4 位 8 段 LED 都在點亮。設計時，要注意每位顯示的間隔時間，由于一位 8 段 LED 的熄滅時間不能超過 100ms，也就是說點亮其它位所用的時間不能超過 100ms，這樣當有 N 位的 8 段 LED 用來顯示時，每一位間隔的時間 t 就必須符合下面的式子： t100ms/(N-1)，本系統(tǒng)中N4，則由式子可以算出 t33ms，就是每一位的間隔時間不能超過 33ms，本

22、系統(tǒng)延時5ms。圖 3-12 LED的動態(tài)顯示原理圖圖 3-13 LED溫度顯示模塊電路在進行顯示編程時，首先選定需要顯示的位數(shù)，然后向段選位送數(shù)據(jù)。即可顯示。由于單片機可以直接驅動LED顯示管，因此不需外加驅動電路了，在LED的段選線上應加上上拉電阻，且由于是共陽極LED故上拉電阻1引腳接高電平。3.7溫度設置電路本系統(tǒng)共有四個按鍵式鍵盤，分別是設置、溫度的十位、溫度的個位、清零，設置連P3.3，十位連P3.5，個位連P3.6，清零連P3.7。設置溫度時，將設置按鍵按下使之不彈起，在按十位、個位、清零進行設置。圖 3-14 溫度設置電路3.8報警電路如果培養(yǎng)液里的溫度過高或者是過低了，超出了

23、其允許的某個溫度范圍，則系統(tǒng)會自動報警，提醒用戶，可以讓用戶采取更為快速和有效地措施來避免或是減少損失。報警電路圖下圖15所示。當微機判斷當前溫度值超出范圍時，將P3.3管腳置低電平，利用非門來驅動喇叭報警。圖3-15 報警電路電路圖3.9系統(tǒng)總體原理圖系統(tǒng)整體原理圖如圖3-16所示。圖 3-16 系統(tǒng)總體原理圖4.軟件設計4.1總體流程分析與設計 軟件設計基于硬件設計連接，由上面對于硬件的分析說明和設計，對整個程序流程需要有一個整體的思考和規(guī)劃。程序需要實現(xiàn)以下幾個功能：三位LED顯示溫度傳感器的當前溫度，可以通過按鍵設定所需要的溫度，當溫度超過1525攝氏度的時候報警，以及通過自動控制加熱

24、、制冷模塊控制溫度。程序主要思想是通過單片機將ADC0808輸入模擬量轉化成數(shù)字量之后與設定溫度進行比較，通過PID算法調節(jié)脈沖寬度即占空比來控制加熱與制冷，完成溫度控制。主程序流程圖如圖4-1所示。開始報警程序Y加熱指示燈亮設定的溫度值？=設定的溫度值？溫度超出？ 控制量輸出調用PID數(shù)據(jù)處理程序降溫指示燈亮單片機系統(tǒng)初始化有鍵按下？溫度采樣與A/D轉換調用LED顯示NYNYN圖 4-1主程序流程圖對于代碼段如下：/ 主程序 void main() uint i=0; Init_INT(); heat=0; cold=0; while(1) led_red=!led_red; ST=0;ST

25、=1;ST=0;/啟動轉換 while(EOC=0); /等待轉換結果 OE=1; /允許輸出 ad=P1*250/128; /顯示A/D轉換結果。線性度0.1，T=(P1/128)*255/0.1再乘以10放大以便取出小數(shù)位。 OE=0; /關閉輸出 m1=ad/100%10; m2=ad/10%10; m3=ad%10; display(m1,m2,m3); pwm=PIDcalc(PID,ad,key_ad); /調用PID算法計算pwm占空比 /pwm=1500; if(pwm=0) /pwm控制制熱 for(i=0;i2000;i+) if(ipwm) heat=1; else he

26、at=0; else if(pwm0) /pwm控制制冷 pwm=-pwm; for(i=0;i2000;i+) if(i250|ad150)beep=0;else beep=1; 4.2 PID控制算法分析與設計采用典型的反饋式溫度控制系統(tǒng)，組成部分見下圖4-1。其中數(shù)字控制器的功能由單片機實現(xiàn)。 圖4-2 控制系統(tǒng)框圖 已知培養(yǎng)皿的傳遞函數(shù)為 設，其中1為電阻加熱的時間常數(shù)，為電阻加熱的純滯后時間，為采樣周期。A/D轉換器可劃歸為零階保持器內，所以廣義對象的傳遞函數(shù)為 （4-1） 廣義對象的Z傳遞函數(shù)為 （4-2） 所以系統(tǒng)的閉環(huán)Z傳遞函數(shù)為： (4-3) 系統(tǒng)的數(shù)字控制器為：= （4-4

27、） 寫成差分方程即為 ： （4-5） 令 , 則有 （4-6）式中 第次采樣時的偏差；第次采樣時的偏差；第次采樣時的偏差； 本生物培養(yǎng)液溫控系統(tǒng)采用的數(shù)字PID算法由軟件實現(xiàn)，增量PID控制算法的優(yōu)點是編程簡單，數(shù)據(jù)可以遞推使用，占用存儲空間少，運算快。但是對于溫度這種響應緩慢、滯后性大的過程，不能用標準的PID算法進行控制。當擾動較大或者給定的溫度值大幅度變化時，由于產生較大的偏差，加上溫控本身的慣性及滯后，在積分作用下，系統(tǒng)往往產生較大的超調和長時間的振蕩。因此，為克服這種不良的影響，采用積分分離法對增量PID算法進行改進。當偏差e(k)絕對值較大時，暫時取消積分作用；當偏差e(k)絕對值

28、小于某一設定值M時，才將積分作用投入。 (1)當| e(k)|M時，用PlD控制。偏差小，說明系統(tǒng)溫度已經接近設定值，此時加入了積分作用，可以消除系統(tǒng)靜差，保證系統(tǒng)的控制精度。根據(jù)遞增原理可得：式中：e(K)=r(K)一y(K)為第K時刻所得偏差信號，其中r(K)是給定值，y(K)是實際輸出值； (4-7)其中kp為比例增益；ki為積分系數(shù)；kd為微分系數(shù)。則增量式PID控制算法為： (4-8) (2)當| e(k)|M時，用PD控制。由于偏差大，說明系統(tǒng)溫度遠離設定值，應快速降溫，采用PD控制，可以提高系統(tǒng)的動態(tài)響應速度，避免產生過大的超調，減小動態(tài)誤差。對應程序段如下：float PIDc

29、alc(float *PID,uint show_ad,uint set_ad) int PID_pwm; PID0=set_ad-show_ad; /偏差 Error PID1+=PID0; /積分 iError PID2=PID0-PID3; /當前微分 dError PID3=PID4; /prev_Error=last_error PID4=PID0; /last_Error=Error PID_pwm=KP*PID0+KI*PID1+KD*PID2; return PID_pwm;4.3顯示模塊流程分析與設計 由硬件部分可知本系統(tǒng)選用紅色四位共陽極LED數(shù)碼管，LED有4個位選引腳讀

30、入片選信號和8個段選引腳控制信號。用到的三個位選信號控制三位分時顯示，通過延時程序的2ms延時使每位持續(xù)亮2ms直到下一位點亮，利用人眼視覺暫留，實現(xiàn)同時顯示，將獲取的溫度的十位個位及小數(shù)位分別顯示在LED上。對應程序段如下：/數(shù)碼管顯示函數(shù)void display(uchar shi,uchar ge,uchar xiao) P0=tableshi; C1=1;/十位點亮 delayms(5);/延時5ms C1=0;/十位熄滅 P0=tablege; dip=0; C2=1; delayms(5); C2=0; P0=tablexiao; C3=1; delayms(5); C3=0;溫度

31、顯示程序流程圖如圖4-3所示。開始延時2ms取消選擇中的數(shù)碼管讀取十位數(shù)據(jù)選擇數(shù)碼管顯示十位讀取小數(shù)位數(shù)據(jù)選擇數(shù)碼管顯示小數(shù)位延時2ms取消選中的數(shù)碼管延時2ms取消選中的數(shù)碼管讀取個位數(shù)據(jù)選擇數(shù)碼港顯示個位結束圖4-3 數(shù)碼顯示溫度流程圖4.4按鍵模塊流程分析與設計由于本系統(tǒng)需要對溫度進行設置，且由于設置溫度范圍最高為25攝氏度，故在硬件上設計了十位與各位按鍵。設置按鍵按下進行設置，清零按鍵按下將設置的溫度重置。對應的代碼段如下：/鍵盤掃描程序 uint key_scan(void) static uint key_up=1;/按鍵按松開標志if(key_up&(key_shi=0|key_

32、ge=0)delayms(10);/去鍵盤機械抖動 key_up=0;if(key_shi=0)return 1;else if(key_ge=0)return 2;else if(key_shi=1&key_ge=1)key_up=1; return 0;/ 無按鍵按下按鍵掃描程序流程圖如圖4-4所示。返回值為1十位按下？開始十位或者個位按鍵按下？延遲去按鍵抖動按鍵松開標志 Y Y N NNY返回值為2個位按下？按鍵松開標志無鍵按下返回值為0圖4-4 按鍵掃描程序流程圖結束 5調試過程及記錄5.1調試過程采用Keil uVision4進行程序編寫，首先點擊Project新建New uVisi

33、on Project，鍵入文件名保存后，點擊atmel選擇AT89C51。然后新建text，將程序寫在text內并保存后綴為.c。然后將c文件添加進Target中的Source Groupe中，再點擊魔術棒選擇Output選項卡，勾選Create，,Hex Flie，最后保存編譯。雙擊AT89C51添加生成的HEX，即可運行仿真。傳感器溫度以手動調節(jié)，設置溫度低于實際測量溫度后觀察加熱指示燈，加熱指示燈點亮。設置溫度高于實際測量溫度后觀察降溫指示燈，降溫指示燈點亮。并且LED可以顯示當前溫度和設置溫度。超過25攝氏度或低于15攝氏度報警。起初LED顯示出現(xiàn)了亂碼，經過檢查程序與硬件發(fā)現(xiàn)程序中寫

34、入的是共陰極段碼表，后來改成共陽極段碼，還遇到問題是小數(shù)點不顯示，后來修改程序將dip=1改為dip=0后小數(shù)點可以正常顯示，由此將前面十位個位的標志位改為先賦值1再賦值0，修改后LED終于可以正常顯示了。起初報警電路的喇叭，并沒有連接非門，在程序中報警時將報警標志beep置1正常時置0。結果出現(xiàn)了正常溫度范圍報警，非正常范圍不報警的錯誤。試圖修改時，將beep報警置0正常置1發(fā)現(xiàn)蜂鳴器不響。后來連接非門才解決了問題，實現(xiàn)正常報警。起初在傳感器輸出信號的放大上出現(xiàn)問題，由于沒有理解放大器的正向放大與反相放大，在電阻設置上設置了R2/R1=10。結果在用電壓表測量放大器輸出時發(fā)現(xiàn)電壓沒有準確放大

35、10倍，查閱資料后進行改正。本系統(tǒng)使用的是正向放大，故R2/R1應為9。改正后可以準確按照10倍放大傳感器輸出電壓了。5.2仿真過程加熱過程，設定溫度為20攝氏度，實際溫度為18度，加熱過程仿真圖如圖5-1所示。圖5-1 加熱過程仿真圖降溫過程，設定溫度為20攝氏度，實際溫度為22攝氏度，降溫過程仿真圖如圖5-2所示。圖5-2 降溫過程仿真圖 實際溫度為27攝氏度，超過25攝氏度，報警過程仿真圖如圖5-3所示。圖5-3 報警過程仿真電路心得體會一周時間緊張而有序的課程設計結束了，雖然此次設計的方案并不具有很高的實際應用價值，但是它讓我了解到了溫度控制系統(tǒng)的基本重要模塊的組成。在本次課程設計中，

36、通過查閱資料基本完成了硬件的設計，然后根據(jù)硬件電路進行軟件設計，基本實現(xiàn)了生物培養(yǎng)液微機溫度控制系統(tǒng)的功能要求。在老師的指導和同學們的幫助以及自己的努力下，我順利完成了這次課程設計，通過這次課程設計，使我對單片機AT89C51的應用、計算機控制技術、傳感器技術等等專業(yè)知識有了更深刻的了解，學習到了了許多在理論學習過程中不能理解的知識，提高了自己理論聯(lián)系實際的能力，并且在實際應用理論知識過程中發(fā)現(xiàn)了很多問題，最后通過查找資料以及同學之間相互交流解決了問題。為今后在工作中專業(yè)知識的應用積累了寶貴的經驗，也讓更加了解了今后在工作中解決問題的方法。那就是靜下心來，先認真把理論知識弄清楚，原理清楚了之后

37、在實際應用中遇到問題也可以很快的想到解決方案。通過本次溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設計我了解到了設計系統(tǒng)時的主要方法，這些都是寶貴的經驗。設計時可以采取先分后總的方式來設計總電路圖。也就是說先根據(jù)功能把系統(tǒng)劃分為幾個獨立的模塊或者結構，然后再根據(jù)各個模塊之間的聯(lián)系性，把它們通過一定的關系綜合起來，就得出了一個完整的系統(tǒng)。特別是在設計大型系統(tǒng)的時候就顯得特別的重要，有幾個或者幾十個設計者來合作，為了節(jié)省時間，必須同時開始，這就得劃分模塊分工合作，最終再合起來?！跋确趾罂偂边@是一種設計方式。另外在本次設計的過程中遇到了使得我重新復習了過去的知識，加深了對知識的了解。過去有些不了解的知識點經過現(xiàn)在的復習，有了更好

38、的理解。總的來說，本次課設讓我對單片機程序、單片機應用、傳感器、放大器、A/D轉換等很多知識有更深一步的認識。 參考文獻【1】 于海生 計算機控制技術，機械工業(yè)出版社，2007年5月【2】 劉教瑜 曾勇 單片機原理及應用，武漢理工大學出版社，2011年4月【3】 戴卓 傳感與檢測，武漢理工大學出版社，2003年4月【4】 陳立周 陳宇單片機原理術及應用，機械工業(yè)出版社，2007年1月【5】 何立民 單片機應用系統(tǒng)設計，北京航空航天大學出版社,，2000.年附錄#include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned

39、intuchar code table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e;/共陽極段碼/ADC0808引腳定義sbit OE=P24;sbit EOC=P25;sbit ST=P26;/LED引腳定義，C1左起第二個數(shù)碼管sbit C1=P21;sbit C2=P22;sbit C3=P23;sbit dip=P07;/按鍵sbit key_shi=P35;sbit key_ge=P36;sbit key_clean=P37;sbit led_red=P20;/加熱、冷卻模塊sbit beep=P34;sbit heat=P27;sbit cold=P31;uint KP=10; /PID系數(shù)uint KI=0.5;uint KD=3;float PID5=0,0,0,0,0;/Error dError iError prev_Error last_Errorint pwm=0;uint ad,key_ad=0; /ad采樣溫度，key_ad設定溫度uchar m1,m2,m3;/存放各個數(shù)位/延時子程序void delayms(uint ms)