家禽孵化器温度过程控制系统毕业设计

1、学号毕业设计（论文）家禽孵化器温度过程控制系统教学系：信息工程系指导教师：雷升印教授专业班级：自动化1081学生姓名：二o 年六月毕业设计（论文）任务书学生姓名指导教师雷升印专业班级工作单位自动化1081信息工程系设计（论文）题目：家禽孵化器温度过程控制系统设计设计（论文）主要内容：家禽工业化饲养需要不断补充大量幼雏，只有通过自动温控孵化器才能满足生产要求。对于一次能孵化1000只幼雏的家禽自动孵化器，试设计它的温度过程控制系统。完成系统proteus仿真设计、安装和调试等工作。1）设计孵化器温度控制系统总体方框图；2）硬件选择和设计；3）建立过程和控制系统的数学模型；4）用proteus工具

2、计算仿真；5）焊接、安装和调试；6）主要设备清单；7）设计总结。要求完成的主要任务及其时间安排：第1-2周布置毕业设计任务书，查阅文献资料，书写开题报告；第3-4周完成开题报告，完成毕业设计目录；第5-6周完成系统总体方框图，硬件选择和设计，完成对象和系统数学模型;第7-9周完成系统计算仿真；第10-14周撰写毕业设计书；第15周毕业答辩。必读参考资料:1 邹伯敏自动控制理论（第三版）北京：机械工业出版社，2007.122 陈夕松过程控制系统北京：科学出版社，2006.43 刘文定等过程控制系统的 MATLABfzh仿真北京：机械工业出版社，2009.2.4 戴焯传感器原理和使用北京：北京理工

3、大学出版社，2010.7.指导教师签名：雷升印教研室主任签名：盖章毕业设计（论文）开题报告题目孵化器温度过程控制系统设计1.目的及意义（含国内外的研究现状分析）：孵化设备是仿生学的一种使用，模拟自然界的孵化环境，提供胚胎发育适宜的条件，用于家禽种蛋的孵化。本文介绍了孵化的相关知识、国内外孵化设备的现状及发展方向，并且介绍了孵化原理和条件方面的内容，并参考孵化行业的技术标准确定了本系统有关温度的设计指标。该系统以闭环控制系统原理为指导方向，设计出一个小型孵化器。为了提高孵化机温度控制精度并简化控制结构，本系统选用 DS18B20作为温度传感器，它具有控制精度高的特点，使得孵化器内温度得到很好的控

4、制。为了提高控 制系统的可靠性和经济性， 本系统采用了单片机 AT89S52为核心的控制电路。系统硬件结构除了常规设 计外，还添加了报警提示功能和一些按键控制功能。该系统采用C语言编写了整个温度控制程序，它提高编制单片机使用程序的效率，改善程序的可读性和可移植性。通过测试表明，该控制系统具有工作性能稳定可靠和控制效果好等特点。随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的使用，智能化是现代温度控制系统发展的主流方向。特别是近年米，温度控制系统已经用到人们生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是和人们息息相关的一个实际问题。针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的

5、使用前景和实际意义。2 基本内容和技术方案：基本内容家禽工业化饲养需要不断补充大量幼雏，只有通过自动温控孵化器才能满足生产要求。对于一次能孵化1000只幼雏的家禽自动孵化器，试设计它的温度过程控制系统。完成系统protues仿真设计、安装和调试等工作。技术方案根据课题的基本内容要求，综合考虑，给出变频空调温度过程控制系统方框图，如图1所示。图1系统总体设计方框图由图1方框图看出，温度的控制电路的设计需要加入了常用的数码管显示及状态灯显示等常用电路，才能使得整个设计更加完整，更加灵活。本系统的电路设计方框图由三部分组成：控制部分的主芯片采用单片机 AT89C52显示部分采用4位LED数码管以动态

6、扫描方式实现温度显示：温度采集 部分采用DS18820温度传感器本文所设计的温度控制系统硬件结构主要由单片机AT89S52最小系统、显示电路、环境温度检测电路、键盘输入电路、 声光报警电路、继电器控制的排风和加热控制电路、电源电路及其它辅助电路等组 成。单片机AT89S52是整个系统的核心部分，协调系统各部分的工作。3进度安排：第1-2周布置毕业设计任务书，查阅文献资料，书写开题报告；第3-4周完成开题报告，完成毕业设计目录；第5-6周完成系统总体方框图，硬件选择和设计，完成对象和系统数学模型；第7-9周完成系统计算仿真；第10-14周 撰写毕业设计书；第15周毕业答辩。4指导老师意见：指导老

7、师签名：年 月日郑重声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下， 独立进行研究工作所取得的成 果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有 著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。签名:家禽孵化器温度过程控制系统设计引言孵化设备使用仿生学，模拟自然界的孵化环境，提供胚胎发育适宜的条 件，用于家禽种蛋的孵化。本文介绍了孵化的相关知识、国内外孵化设备的 现状及发展方向，并且介绍了孵化原理和条件方面的内容，并参考孵化行业 的技术标准确定了本系统有关温度的设计指标。家禽孵化是一个复杂的生物学过程，合理地控制

8、孵化温度，不仅能提高出雏率，而且还可以提高雏禽质 量。温度的控制在家禽孵化中起着至关重要的作用，研究孵化箱智能温度控 制系统具有重要意义。该智能控制系统主要由AT89S52单片机控制、DS18B20温度传感器、独立键盘、LED数码管和报警系统组成。通过单片机将检测到的温度信号和输入的温度上、下限进行比较，判断是否启动继电器以开启设备，从而控制 加热灯的状态，实现温度的控制。系统具有超限自动报警等功能，具有结构 新颖、电路简单和控制方便等优点。关键词：孵化箱，单片机，温度控制，温度传感器RESEARCH ON THE TEMPERATURE CONTROLSYSTEM OF INCUBATORA

9、BSTRACTIncubation equipment is an application of bionics to simulate natural incubation environment and provide suitable conditions for embry onic developme nt, for poultry, hatchi ngeggs. This articledescribes the in cubati onof the releva ntkno wledge,in cubatio nequipme nt, domestic and intern at

10、io nalsituati onand developme ntdirecti on,and in troduces the prin ciples and con diti onsof in cubati onthe content and in formati on tech no logy in cubati on in dustry sta ndards set the temperature of the system design specifications. Poultry hatchi ngis a complex biological process, appropriat

11、econ trolincubationtemperature, not only can improve the hatching rate, butalso can improve the quality of hatching. Temperature control plays a crucial role in poultry hatchery. Therefore, the research of temperature con trol system makes lots of sen se.The intelligentcontrol system is mainly compo

12、sed of single -chipAT89S52 , DS18B20 temperature sensor, an independent keyboard, LED and alarm system. SCM will detect that the temperature of the in put signal and decide whether to activate the relay to open the equipment when environment temperature compare with setted temperature. The system po

13、ssess of many excellences , including its novel structure , simple circuit and expedie nt con tro1KEY WORD: Incubator, Single Chip Micro computer ,ControlTemperatur, temperature sensor1绪论1.1研究孵化器温度控制系统的意义智能养殖业是知识和技术高度密集的产业，具有高技术含量、高 投入、高产出、高效益等特点。由于遗传学、营养学、畜牧工程学 的深入研究，以及饲养管理和综合防疫措施鸡场和孵化场卫生的不 断改善，孵化率

14、都有很大的提高。智能化是现代温度控制系统发展 的主流方向。因此，研究孵化器温度控制系统具有重要的意义。家 禽孵化是一个复杂的生物学过程，适当的控制孵化温度，不仅能提 高出雏率，而且还提高了雏禽质量。针对这种实际情况，设计一个 温度控制系统，具有广泛的使用前景和实际意义。1.2孵化器温度控制系统的发展现状近年来，温度控制系统已经用到人们生活的各个方面，但温度控 制一直是一个未开发的领域，却又是和人们息息相关的一个实际问 题。在国外，随着60年中期肉用仔鸡的发展，大中型的的孵化设备 向自动化，标准化、配套化的方向发展。最近十多年国外孵化技术 革新的中心环节是逐渐完善孵化器的安全可靠性和自动化程度，

15、研 制出改善孵化环境的设置和报警装置。在国内，随着我国家禽业的 迅速发展，孵化器也产生迅速发展。从70年代的小规模、传统孵化 法下出雏和旁出雏立孵化器到80年代初的中小型现代孵化器，发展 到80年代末的大中型孵化器，近年来巷道型孵化器也研制出来，目 前国内简易的孵化器控制器多采用单片机控制系统，配一温度传感 器设计出孵化箱温度智能控制系统。1.3我的设计任务家禽工业化饲养需要不断补充大量幼雏，只有通过自动温控孵 化器才能满足生产要求。对于一次能孵化1000只幼雏的家禽自动孵 化器，试设计它的温度自动控制系统。完成系统proteus 仿真设计、 安装和调试等工作。温度控制系统硬件结构主要由单片机

16、最小系统、 显示电路、环境温度检测电路、键盘输入电路、声光报警电路、继 电器控制的排风和加热控制电路、电源电路及其它辅助电路等组成。 单片机是整个系统的核心部分，协调系统各部分的工作。同时要根 据需要设置控制温度的上、下限，而且系统具有超限温度自动报警 等功能。1.4设计主要内容及特点本设计是对温度进行实时监测和控制，设计的温度控制系统实 现了基本的温度控制功能。温度低于设定下限温度时，系统自动启 动加热继电器加温，使温度上升，同时绿灯亮。当温度上升到上限 温度时，停止加温；若温度高于设定上限温度时，系统停止加热， 启动风扇，开始降温，同时红灯亮。温度下降到上限温度以下时， 停止降温。四个数码

17、管即时显示温度，精确到小数点一位，其中有 一位用来显示符号位。这里采用的单片微机温度控制系统进行温度 控制，对温度的变化达到了较高的控制精度。孵化温度控制的特点： 孵化温度控制具有阶段性，尤以单批次整箱入孵表现明显。 使整个孵箱内部温度保持均一性。均一的孵化温度保证了箱 内同批次人孵种蛋胚胎发育的同步性，有利于集中出雏，便 于孵化操作和经营。 通过间断加热和进气量调整，使孵箱内温度的波动保持在一 定的范围。 要求孵化厅的室温控制在一定的范围。1.5方案主要技术指标目前，我国关于家禽给温有两种主张，一种提倡变温孵化；一 种采用恒温孵化。两种孵化方式，都可以获得很高的孵化率，为了 便于操作，我们采

18、用恒温孵化。将鸡的21天的孵化期孵化温度分为 119天要求37.8 C, 2021要求3737.5 C。一般情况下，必须将 孵化室温度保持在2226 C .低于此温度，应当有暖气、热风或火炉 等供暖。高于此温度，应开窗或机械排风降温。2总体设计构架2.1测温电路的方案分析论证方案一：测温电路的设计，可以使用热敏电阻之类的器件，利 用感温效应，将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以 将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路 比较麻烦。方案二：考虑使用温度传感器，结合单片机电路设计，采用一 只温度传感器，直接

19、读取被测温度值，之后进行转换，依次完成设 计要求。比较以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较 简单，软件设计容易实现，故实际设计中拟采用方案二。2.2 显示部分显示电路采用4位共阳LED数码管，从P1 口送数，由P0 口扫 描。2.3温度采集部分DS18B20温度传感器是一种改进型智能温度传感器，在使用中不 需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极 管的集成电路内。温度范围在-55 C +125 C,测量结果直接输出数字温度信号。内部结构主要有四部分组成：64位光刻ROM温度传 感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。其内部结构 图如图2-1所示：DS18

20、B20RDM和接口原理2-1 I很小，用于产生固定频率DS18B2 _内部.结构图:低温度系数晶振高温會峨器TH耳振荡频率受温度的影响的脉冲信号送咎计数器1。高温度系数晶振随随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉 冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55 C所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数 器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将 重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号 进行计数，如此循环直到计数器2计数到0，停止温度寄存器值的累 加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿

21、 和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。 原理图如图2-所示2 :应葺图2-2 DS18b?0 原理I图 I 低磁系觀屋肩彳数閉i|IljL5B总体设计方案如图2-3 :few.向徂度J碍濟 J辻共器2I h停止4位LED 显示温度传感器继电器风扇键盘单片机加热灯继电器图2-3系统总体设计方案图3系统的硬件电路设计本文所设计的温度控制系统硬件结构主要由单片机AT89S52最 小系统、显示电路、环境温度检测电路、键盘输入电路、声光报警 电路、继电器控制的排风和加热控制电路、电源电路及其它辅助电 路等组成。单片机AT89S52是整个系统的核心部分，协调系统各部 分的工作。下面对

22、主要电路设计进行具体介绍。3.1单片机外围电路的设计3.1.1 芯片的选择AT89S52是一种低功耗，高性能C0MS8位微控制器，作为下位机 负责采集孵化箱内环境参数，输出控制信号驱动执行机构，从而实 现对孵化箱内参数的实时控制。另外，该单片机自带8k可编程flash 存储能够满足需求，不需对存储器进行扩展。3.1.2 AT89S52芯片的引脚图及方框图AT89S52提供以下表中功能：8k字节Flash 闪速存储器，256字 节内部RAM 32个I/O 口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两 级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同 时，AT89S52可降至OHz的静态逻

23、辑操作，并支持两种软件可选的节 电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM定时/计数器， 串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但 振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作指导下一个硬件复位。AT89S52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口， 同时内含8个中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串 行通信口，2个读写口线。AT89S52可以按照常规方法进行编程，也 可以在线编程。其引脚图如图3-1，内部方框图如3-2 :AT83Q53方梅图IAT89S52 引PG.& - P0.7(3JMO *-*3.1.3 AT8gS52 |趣芯片主要

24、功能特性：|PH.O -PORT 2 £»V：EJRI&8可反POSTER-兼容|MCS-51指令系统复擦写（汨0叫次TMlPlBUFFER-32个双向I/O 口-工«压16位可编程定时/计数器时钟频率-全双工UART串行中断口线；O&C1TPORT 1 DRIVCra.|RMQ - iPlnT-2个外部中断源-中断唤醒省电模式内部RAMemiR.:功耗空:闲和省电模式- F 亍-3级加密位-看门狗（WDT电路软件设置空闲和省电功能双数据寄存器指针灵活的ISP字节和分页编程3.1.4 AT89S52 时钟电路的设计时钟电路可以为单片机提供整个系统工

25、作的时钟脉冲。每个单 片机系统里都有晶振，全称是叫晶体震荡器，在单片机系统里晶振 的作用非常大，它结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时 钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振 的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。晶振用一 种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供 稳定，精确的单频振荡。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对 精度可达百万分之五十，高级的精度更高。AT89S52内部有一个用于 构成内部振荡器高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该 放大器的输入端和输出端。这个放大器和作为反馈元件的片外石英 晶体谐振器一起构成自激

26、振荡器，外接电容C1和C2可以增加振荡 器工作的稳定性。在本设计中XTAL1和XTAL2端外接石英晶体作为定时元件，内 部反向放大器自激振荡，产生时钟。所用石英晶体的振荡频率为 12MHZ，电容 C1，C2 常为 20pF40pF 内，如图 3.3 :C13DP3.1.5 复位 J C2单片机复位电路可以对单片机初始化，重新开始工作。也可以在 单片机程序跑飞时使系统正常工作。同时也是在程序调试时必须要 用到，来测试所写的程序和设计的硬件是否正确哦的重要手段。单 片机的复位操作有两种方式：上电复位和上电按钮复位。通常因为 系统运行需要，常常需要人工按钮复位。复位电路如图3-4所示。复位引脚RST

27、通过一个施密特触发器和复位电路相连。按下开关一疋时间就能使RST引脚端为咼电平，从而使单片机复位 图3-4复位电路3.2温度测量显示电路设计温度传感器是该系统的关键器件，本次设计选用的是美国温度 监控的实现Dallas 半导体公司生产的数字化温度传感器DS18B20， 它支持系统工作时先由使用者设定预期达到的两位温度值。3.2.1 测温电路组成DS18B20的外形及管脚排列图如下图3-5所示。(1) GND地信号。(2) DQ 数据输入/输出引脚。用在寄生电源下，可以向器 件提供电源。(3) VDD可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引 脚必须接地。DS18B20总线技术接 的处理，将

28、个I O 口模拟yNOIMCNGS2CS1®IPIM SSCW*=以单行相应议用一令、功OS# 曰 20能命令)给DS18B20，并读取温度值，在内部进行相应的数值处理, 用图形液晶模块显示各点的温度。如图3-6所示键盘、显示电路部分是温度控制系统和用户交互的接口。键盘 可以用于调节设定温度以及温度上下限的切换。显示电路用于显示 控制系统温度以及一些相关温度提示符。显示电路主要是通4位共阴数码管，单片机中经常使用7段LED 来显示数字，也就是用7个LED构成字型“ 8” ，并另外用一个圆点 LED来显示小点。LED的显示有静态显示和动态显示两种。静态显示虽然有编程容 易、管理简单等优

29、点，但是静态显示所要占的I/O 口资源很多，所以在 显示的LED点较多的情况下，一般都采用动态显示方式。在多位7段LED 显示中，为了简化电路，降低成本，则将所有位的段选线并 联在一起， 刚好由8个I/O 口来控制8个段。而公共端（共阳极/共阴极）则分别由 相应的I/O 口控制，以实现各个位的分时选通。将四位7段LED轮流去点 亮，使得每位分时显示该位应显示的字符。由于人眼的视觉暂留时间 为0.1秒，当每位显示的间隔未超过33ms时，并在显示时保持直到下一 位显示，则由于人眼的视觉暂留效果眼睛看上去就像是4位7段LED都 在点亮。设计时，要注意每位显示的间隔时间，由于一位7段LED的熄 灭时间

30、不能超过100ms，也就是说点亮其它位所用的时间不能超过 100ms。3.3在本设计中，LL3461AS4位数码管显示，显示电路如图3-7所示。ab c d e f g dp控制11421105 Pddp图3-7厂位LED显示电路ibej口匕.Cddd)dpdpdpddp电路设计w wOM PONE NT 1298D2w8盘可以tt:为非编码（独立式）键盘和编码（矩阵式）键盘。 阵式按键VC C统中，若使用的按键矩阵式键盘由行线秤列线组较1多75时，通常米用矩阵式（也称*R19行列式）键盘的交叉点上。矩阵式键盘中，行、列线2分别连接到按键开关的两端，22-7 50成，按键位于行、列线行线通过上

31、拉电阻接到+ 5V上。当无键按下时，行线处于高电平状 态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，行线电平将由和此行 线相连的列线电平决定。这是识别按键是否按下的关键。然而，矩 阵键盘中的行线、列线和多个键相连，各按键按下和否均影响该键 所在行线和列线的电平，各按键间将相互影响，因此，必须将行线、 列线信号配合起来作适当处理，才能确定闭合键的位置。（2）独立式按键单片机控制系统中，往往只需要几个功能键，此时，可采用 独立式按键结构。独立式按键是直接用I/O 口线构成的单个按键电路，其特点 是每个按键单独占用一根I/O 口线，每个按键的工作不会影响其 它I/O 口线的状态。 独立式按键电路配置灵活，

32、软件结构简单， 但每个按键必须占用一根I/O 口线，因此，在按键较多时，I/ O 口线浪费较大，不宜采用。独立式按键软件常采用查询式结构。 先逐位查询每根I / O 口线的输入状态，如某一根I/O 口线输入为 低电平，则可确认该I/O 口线所对应的按键已按下，然后，再转 向该键的功能处理程序。本设计所用到的按键极少，故采用独立式 键盘。在本设计中，使用三个独立按键。用来实现温度上下限的设置， 以便根据孵化的不同时间段设置孵化所需的温度环境。其独立按键的 设计如图3-8所示。其中SW1、SW2 SW3分别接P1.5、P1.6、P1.7。0 Q0 图3-8独立键盘设计3.3.2 继电器控制电路设计

33、f继电器是一种当输入量（电、磁、声、光、热）达至U 定值 时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。它具有控制系统 （又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）,通常使用于 自动控制电路中。它实际上是用较小的电流.较低的电压去控制较 大电流.较高的电压的一种自动开关”故在电路中起着自动调 节、安全保护、转换电路等作用。单片机的Pl.2接DS 18820的2 号引脚.P1 口送数P0 口扫描，P2.4、P2.5控制加热器和电风扇 的继电器。如附录1。继电器的工作原理：当输入量（如电压、电流、温度等）达到规 定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电器。可分为电气量（如 电流、电压、频率、功率等）继

34、电器及非电量（如温度、压力、速度等） 继电器两大类。具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优 点。广泛使用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装 置中。继电器的选用：1. 先了解必要的条件 控制电路的电源电压，能提供的最大电流； 被控制电路中的电压和电流； 被控电路需要几组、什么形式的触点。选用继电器时，一 般控制电路的电源电压可作为选用的依据。控制电路应能给继电 器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的。2. 查阅有关资料确定使用条件后，可查找相关资料，找出需 要的继电器的型号和规格号。若手头已有继电器，可依据资料核 对是否可以利用。最后考虑尺寸是否合适。为了安全起见，在本

35、设计中选用的型号是omron的MY4NJ型 号的继电器，如图3-9所示。图3-9继电器驱动电路采用继电器驱动方式。通过控制继电器在控制周期内通 断的时间，实现对加热器的开关控制。由单片机I / O 口输出的控制信 号，经NPN晶体管放大，驱动继电器工作。继电器控制模块的硬件设计 如图3-10，3-11所示。当用户下限设置温度大于实时检测温度时，P2.4 端口变为高电平时，三极管导通，则三极管Q2的c极的电平变为高电平， 继电器RL1线圈得电，常开触点闭合，加温设备工作；当用户设置温度小于实时检测温度时，P2.5端口变为高电平，三极管Q1的c极的电平变 为高电平，继电器K2线圈得电，常开触点闭合

36、，降温设备工作。加热电路部分的主要思路是通过单片机的端口控制电磁阀的通断从而控制加热灯以达到控制温度的目的01Nf,INmrRL2. . . « -TT5860I1-5V fiiT I n I i i i ii h a u >333指示 F2 -。在这里报产生连续报电路中未米卜 -，影响工作环境。因此，这里采用红绿灯进行指示孵化箱中的环境 状态。当温度偏差较大时，可以人工使系统脱离危险状态，以维护生 产的安全可靠。这里当温度低于设定温度是，绿灯亮，当温度高于设定温度上限 时，红灯亮。图3-11指示电路设计3.4电源电路的设计-T电源电路的功能是为整个单片机系统提供稳定的5V,输

37、入电压 选择9V直流电源，经过三端稳压管LM7805，最后输出电压保持恒 定为5V。本设计中除了市电AC220V夕卜，均采用DC5V电源，因此 只需要设计5V电源即可。继电器和单片机均需要5V电压供电。电 源电路的设计电源电路虽然简单，但需要功能可靠，要有CBB电容 和高品质的ELNA电容。电路如图3-12所示。电路中的电容起稳压 作用。图3-12电源电路设计3.5通信电路设计本设计采用串行的方式进行通信 硬件电气连接简单，成本低 廉.通用性强可以在较远的距离间进行，且在PC机上针对串13编 程方便。本次设计对传输率要求不高，故采用RS 一 232串行异步通信即可MAX232 芯片是美信公司专

38、门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用：5v单电源供电数据传输接网络的重要组成部¥+叵 C1. 32 C2.叵 C2-叵MAX2O2EMAX232L位并行数据接口准不断涌现，大V- |_6T2OUT :R2IN re如图3-13所示。U Vcc7T| CNDI 4 | I 1OU1 回RUN 立| R1OUT TT| T1IMio| 2nV| R2OUI据通信，计算机主要为8位或16数据传输接口标些新的数据传输本设计 RS232C 接口选用9芯接头，电平转换芯片选用 MAX232A ，用来实现232电平.和TTL电平的转换。电路图如图3-14 所示，采用了三线制

39、连接串口，也就是说和电脑的9针串口只连接 其中的3根线：第5脚的G D、第2脚的RXD、第3脚的TXD。MAX232 的第10脚和单片机的17脚连接，第9脚和单片机的18脚 连接，第15脚和地线连接。图社巳通 b信电路设计-0 3.6整体电路设计田单兀电路的各个设计的键盘电路：由独立键盘组成器，用于实时采集水箱的温度用四位七段数码管组成的显示0由单元电路的各个设计可知，整体电路包括（1）用于温度设定 用于测量温度的DS18B20传感 口；）用于显示温度的显示电路：采 路用于本次设计中IQ设备较少，故 有充足的10 口可以利用；（5）用于报警的报警电路：采用指示灯 进行报警，所以使用起来更加方便

40、；（6）用于加热的继电器辅助加 热电路，使其在强-弱电接口获得广泛使用。整体电路图原理图设计 见附录2，PCB版设计见附录3。4系统软件设计一个使用系统要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证C 同时还必须得到设计合理的软件的支持，尤其是微机使用高速发展的 今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。甚至有些 必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得 很简单，如数字滤波，信号处理等。因此充分利用其内部丰富的硬件 资源和软件资源，这里采用51系列单片机进行程序设计并进行软件编 程。程序设计语言有三种：机器语言、汇编语言和高级语言。机器语 言是机器唯一能 懂”的语言

41、，用汇编语言或高级语言编写的程序（称 为源程序）最终都必须翻译成机器语言的程序（成为目标程序），计 算机才能 看懂”然后逐一执行。高级语言是面向问题和计算过程的 语言，它可通过于各种不同的计算机，用户编程时不必仔细了解所用 的计算机的具体性能指令系统，而且语句的功能强，常常一个语句已 翻译成很多条计算机指令，于是用高级语言编制程序的速度比较快， 也便于学习和交流。这里采用C语言进行程序设计。4.1主程序流程图本系统采用AT89S52作为核心处理器件，把经过DSI8B20现场 实时采集到的温度数据，存入AT89S52的内部数据存储器，送液晶 显示，并和预先设定值进行比较，然后由单片机输出信号去控

42、制加 热器。进行温度控制程序的设计应考虑如下几个问题：（1）实时采集 温度；温度显示：采用4位LED显示当前温度；按键处理； 和上位PC机通信程序；越限报警和处理：将采集到的温度值和预 先设置值进行比较，若当前温度值越限，则产生报警信号。软件设 计主要有：主程序、初值设定子程序、温度读取子程序、液晶显示 子程序和输出控制子程序等。初值设定子程序完成对温度初值的设 定；温度读取子程序完成对温度传感器数据的读取，并通过液晶显 示子程序显示温度值；输出控制子程序则根据温度的数值完成对输 出口的控制。AT89S52的具体软件程序流程图如图4-1所示。主控程序系统上电后，AT89S52对内部RAM及接口

43、电路初始化， 然后便一直在循环查询键盘入口是否有键按下，若有则转向各功能子 程序，相应的任务完成后，再返回主控程序。同时单片机系统还将完 成键盘扫描、按键温度设定、超温报警等程序的处理，将处理的温度 信号和系统设定温度值比较，形成可以控制加热，散热两种工作状态'该孵化箱温度控制系统的工作流程是：开机实时显示当前环境 温度，并在数码管上进行显示，同时可根据需求进行温度上下限控 制。然后通过实时温度和设定温度进行比较，如果当前温度低于设 定温度的话，进行加热，并且绿灯亮；如果当前温度高于设定温度 的，红灯亮，风扇启动用以降温。接下来通过DS18B20采集到实际 温度和设定的温度进行比较，当

44、实际温度小于设定的水温的时候， 进行加热，直至温度达到设定值。图4-1程序主流程图 其主程序的部分程序如下：void mai n() dm=0x00; /初始化端口w0=0;w仁0;w2=0;w3=0;for(h=0;h<4;h+) / 开机显示"0000"displayh=0;ow_reset(); / 开机先转 换一次write_byte(0xcc); /Skip ROMwrite_byte(0x44); / 发转换命令for(h=0;h<50;h+) / 开机显示"0000"sca n(); while(1)if (temp仁=0)re

45、ad_temp();work_temp(); / 处理温度数据sca n();CONTROL©keysca n();work_temp();elsetemp1=0;4.2温度传感器DS18B20初始化和温度采集流程图由于DS18B20单线通讯功能是分时完成的，它有严格的时序概 念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议 进行。操作协议为：初始化DS18B20 (发复位脉冲)一发ROM功能 命令一发存储器操作命令一处理数据。其流程图如图4-2 。图4-2DS18B2b</初始化和温度采集流程图4.3温度处理及显示由附录i完成米集后的整体电路图知，应对温度进行

46、相应的处理，"得的温度才送显示器显示。|?權8圏8的FQ端序 px，当温度传感器在程序中将进制高字节的低半这个字节的二进制转换为节和低字节的半字节组成一字节,、个位值,而剩下的低字节的低半字节转化成十进制后,就是温度值的小数部分。然后送到显示器进行显示。流程图如发3送跳示过。rom命令开始温度转换初始化DS18B2018B20序列序T发送DS18B20读取温度数=据等待读取温度数读DS处将处理后的十，个 位，小数点数据送到动态扫描并显示图4-3温度处理及显示流程图4.4温度上下限设置由于孵化温度控制具有阶段性，不同阶段需要控制温度在不同的 范围，因此该设计中需要加入温度上下限控制。同

47、时增加该系统的使 用灵活性，并能适应于其它温度控制系统中。温度上下限设置的流程 图如图4-4所示。 开始按下S1键2次按下S1键1次按下S1大3次 对下限温度进行显示对上限温度进行显示按S2键上调按S3键下调显示上下限值图4-4温度上下限设置4.5报警控制为了严格控制孵化箱的温度，设定了上限温度和下限温度。当 因某种原因使箱内温度超过上限温度或低于下限温度时.计算机系 统发出报警信号，这里用红绿灯进行指示。当温度高于设定温度时， 从而点亮红灯，并且给单片机接口发送信号。当温度低于设定温度 时，从而点亮旅灯，并且给单片机接口发送信号。其报警控制的流 程图如图4-5所示。4.6升温及降温过程流程图

48、该部分软件实现的功能是判定温度是否在设定温度上下限之 间，若温度过高，则启动风扇降温；若温度过低，则启动灯泡加热 升温；这样可以是温度始终处于设定温度之间，满足鸡蛋孵化温度。 这部分是该设计的核心部分。其流程图如图4-6所示。4-6升温及降温过程流程图4.7系统工作原理前面系统的介绍了本次设计的大致内容，下面概括的介绍系统的 工作原理，开机时显示当前环境温度，并在数码管上进行显示，同时 可根据需求进行温度上下限控制。然后通过实时温度和设定温度进行 比较，如果当前温度低于设定温度的话，进行加热，并且绿灯亮；如 果当前温度高于设定温度的，红灯亮，风扇启动用以降温。接下来通 过DS18B20采集到实际温度和设定的温度进行比较，当实际温度小于 设定的水温的时候，进行加热，直至温度达到设定值。结论文利用AT89S52单片机控制、DS18B20温度传感器、独立键盘、 LED数码管和报警系统，搭建了一个孵化箱温度智能控制系统平台。 该系统可根据需要设置控制温度的上、下限，