单片机的智能恒温箱系统设计与实现
摘 要本课题选用了“基于单片机的智能恒温箱系统设计与实现”作为研究对象，选用了ATmega64单片机作为核心部件，设计了一个能够实现通过温度检测及报警的智能系统。现如今在我们的日常生活中，微机测量技术和控制技术已经处处可见，其迅速发展与广泛运用也大大推动了以单片机为核心的温度采集控制系统的研究与应用，同时在很大程度上也提高了生产生活中对温度的控制水平。本文这款控制系统主要阐述了以ATmega64单片机为主要控制器，温度传感器选取了DS18B20模块，采用半导体制冷片作为温度调整模块，用电子继电器和MOS开关管作为电子开关，实现温度控制系统。各模块功能融为一体。文中对智能恒温检测控制从硬件和软件两方面进行了分析设计。在软件上通过原理图以及在软件上通过流程图的形式对整个控制系统的设计思路以及设计过程进行了阐述。经过大量的测试和实验过后，本文所设计的智能恒温系统既可以实现检测温度的高低还能对其进行温度控制，当温度过高或者过低都能实现报警，也能使其恒定在某个特定温度，从而使其满足用户的需求，一方面降低了成本，另一方面也适应了市场的发展。
目录
一、引言 4
二、总体方案论证与设计 5
（一）温度检测传感器的选取和论证 5
（二）主控模块的选取和论证 5
（三）显示模块选取1286406型液晶屏 5
（四）蜂鸣器的概述 6
（五）系统的整体设计概述 7
三、模块方案论证与设计 8
（一）主控模块 8
（二）LCD液晶显示器简介 10
1、液晶原理介绍及液晶模块简介 10
2、液晶显示部分与ATmega64的接口 11
（三）键盘模块设计 12
（四）蜂鸣器模块设计 13
（五）温度检测模块设计 14
1.DS18B20元件 14
2.DS18B20温度传感器工作原理 14
（六）加热和冷却模块设计 17
四、系统软件设计 18
（一）主程序 18
（二）读出温度子程序 18
（三）温度转换命令子程序 19
（四）计算温度子
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
程序 20
（五）显示数据刷新子程序 20
（六） 1286406的液晶显示 20
五、实物与调试 22
（一）LCD 的显示程序 23
（二）按键程序调试 24
六、结论 27
参考文献 28
致 谢 29
附录 30
（一）主电路板原理图 30
（二）主电路板图和按键部分电路图 31
（三）系统源程序 32
一、引言
本课题将要设计的这款基于ATmega64单片机的温度检测控制系统是一种采用ATmega64芯片作为主要控制器的电子系统，这款系统的出现在某种程度上极大的方便了工业控制系统中对于温度是否产生过高或过低情况的快速检测，在很大程度上推进了单片机与日常生产生活之间的距离，使得单片机系统趋向生活化和普遍化。
在生产、生活中，温度控制的作用就极为重要，在有些时候，高温或低温都会使资源失效，造成资源浪费。甚者更可能会带来危险，对人们的身心造成不必要的伤害。从而在生产过程中，要达到节省能源资源利用率、降低劳动力强度、提高产品的数量和质量以及保证正常的生产过程安全，就要对温度监控，以满足技术标准的需要。
本次毕业设计就设计了一款基于单片机的智能恒温箱系统设计，设计就将以温度检测控制系统来作为研究的核心对象，结合大学期间所学的单片机、数字电路、模拟电路以及传感器等重要课程，通过对这些课程的综合融会贯通，并结合课外积累到的一些电子实践和电子项目设计经验，来完成对这款系统的设计与实现。
电路设计通过ATmega64单片机系统进行温度采集与控制。温度信号由模拟温度传感器DS18B20采集然后输入ATmege64生成，由温度传感器收集到温度数据后交由ATmega64处理，最后通过液晶屏将数据传输到串口实现温度显示。
我的这个系统设计是一个基于单片机的智能恒温箱温度控制系统的设计。具体能实现以下几种功能：
（1）用户按下相应的按键并通过单片机程序进行检测便可以执行相应的功能。
（2）实时温度由温度传感器测量，液晶显示模块实时显示当前的温度。
（3）用户可以通过控制继电器使温度高于设定的温度时，冷却模块工作，当温度低于设定温度时加热模块工作。
（4）报警电路是当温度接近程序设定的原件耐受温度时（约元件最高耐温10℃时），蜂鸣器便会报警。
二、总体方案论证与设计
本部分内容按照智能恒温设计所要完成的性能划分，系统需要以下几个模块：主控模块、液晶显示模块、温度检测模块、按键模块、报警模块以及加热和冷却模块。
下面讨论了对这些模块的选择和演示。
（一）温度检测传感器的选取和论证
在系统中选择了DS18B20作为数字温度传感器。DS18B20有广泛的应用范围，经封装后可应用于诸如管式、磁吸、螺杆式、不锈钢包装等各种场所，在具体的应用场景中传感器可以根据相应的场景改变外观。DS18B20相对于其他温度检测器，其连接线和封装都更为简便，在实际应用中也有LTM8877,LTM8874等多种型号可供选择。
智能恒温箱这个设计需要体积小、耐磨损、使用方便且要用于各种狭小的空间，为方便设备测温和控制领域，故选择使用DS18B20型芯片进行温度的采集。
（二）主控模块的选取和论证
方案一：MSP430系列微控制器，微控制器是TI公司于1996年开始推出的一款16位超低功耗混合信号处理器。 为了提供强大的功能，它的内部集成了多个模拟电路，数字电路和RISC微处理器。
方案二：51系列MCU，MCU具有可靠性高、价格低廉、无法解密等优点，而且8位MCU具有高性能，32个IO端口和STC系列微控制器可以在线编程和调试，调试能方便的下载并完成所要设计的智能恒温箱的程序。
方案三：AVR 系列ATmega64，ATmega64具有高性能，低功耗的特点，53个可编程I/O接口能充分满足需要，为日后升级提供空间。同时ISP免驱动下载方便程序调试。是比51系列更好用的单片机。
所以方案三中的AVR系列单片机更适合作为智能恒温箱的主控芯片。
（三）显示模块选取1286406型液晶屏
LCD模块的控制系统配置可以显示参数，使得控制系统可以通过屏幕进行实时显示通过温度传感器接收到的温度，大大增加了控制系统的人性化。该液晶屏是目前广受欢迎的1286406型字符点阵型液晶屏，其主要特点是能够实现数字、字母、标点或者一些简单图形的显示，且能通过自己定义字库显示汉字。所谓字符点阵液晶屏指的是屏幕的显示原理是通过屏幕上一个个规格排列的小液晶组成的，通过各个小液晶的显示/不显示，从而合成一个字符，因此显示出来的字符清晰度非常高，并且这种显示方式消耗的电流不是很大，图1为1286406液晶屏图。
图1 1286406液晶屏
1286406液晶显示屏为双电源兼容产品，需要5V（或3V）VDD电压给逻辑模块供电和8~15V的驱动电压给液晶屏驱动，因为本设计采用1286406液晶屏幕背光功能，背景灯直接由ATmega64控制。 1286406 LCD模块是一个20脚串联包装，即插即用，使用起来非常方便，而且模块的外观非常有利于电路设计的布局，也不需要担心接线问题。
目录
一、引言 4
二、总体方案论证与设计 5
（一）温度检测传感器的选取和论证 5
（二）主控模块的选取和论证 5
（三）显示模块选取1286406型液晶屏 5
（四）蜂鸣器的概述 6
（五）系统的整体设计概述 7
三、模块方案论证与设计 8
（一）主控模块 8
（二）LCD液晶显示器简介 10
1、液晶原理介绍及液晶模块简介 10
2、液晶显示部分与ATmega64的接口 11
（三）键盘模块设计 12
（四）蜂鸣器模块设计 13
（五）温度检测模块设计 14
1.DS18B20元件 14
2.DS18B20温度传感器工作原理 14
（六）加热和冷却模块设计 17
四、系统软件设计 18
（一）主程序 18
（二）读出温度子程序 18
（三）温度转换命令子程序 19
（四）计算温度子
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
程序 20
（五）显示数据刷新子程序 20
（六） 1286406的液晶显示 20
五、实物与调试 22
（一）LCD 的显示程序 23
（二）按键程序调试 24
六、结论 27
参考文献 28
致 谢 29
附录 30
（一）主电路板原理图 30
（二）主电路板图和按键部分电路图 31
（三）系统源程序 32
一、引言
本课题将要设计的这款基于ATmega64单片机的温度检测控制系统是一种采用ATmega64芯片作为主要控制器的电子系统，这款系统的出现在某种程度上极大的方便了工业控制系统中对于温度是否产生过高或过低情况的快速检测，在很大程度上推进了单片机与日常生产生活之间的距离，使得单片机系统趋向生活化和普遍化。
在生产、生活中，温度控制的作用就极为重要，在有些时候，高温或低温都会使资源失效，造成资源浪费。甚者更可能会带来危险，对人们的身心造成不必要的伤害。从而在生产过程中，要达到节省能源资源利用率、降低劳动力强度、提高产品的数量和质量以及保证正常的生产过程安全，就要对温度监控，以满足技术标准的需要。
本次毕业设计就设计了一款基于单片机的智能恒温箱系统设计，设计就将以温度检测控制系统来作为研究的核心对象，结合大学期间所学的单片机、数字电路、模拟电路以及传感器等重要课程，通过对这些课程的综合融会贯通，并结合课外积累到的一些电子实践和电子项目设计经验，来完成对这款系统的设计与实现。
电路设计通过ATmega64单片机系统进行温度采集与控制。温度信号由模拟温度传感器DS18B20采集然后输入ATmege64生成，由温度传感器收集到温度数据后交由ATmega64处理，最后通过液晶屏将数据传输到串口实现温度显示。
我的这个系统设计是一个基于单片机的智能恒温箱温度控制系统的设计。具体能实现以下几种功能：
（1）用户按下相应的按键并通过单片机程序进行检测便可以执行相应的功能。
（2）实时温度由温度传感器测量，液晶显示模块实时显示当前的温度。
（3）用户可以通过控制继电器使温度高于设定的温度时，冷却模块工作，当温度低于设定温度时加热模块工作。
（4）报警电路是当温度接近程序设定的原件耐受温度时（约元件最高耐温10℃时），蜂鸣器便会报警。
二、总体方案论证与设计
本部分内容按照智能恒温设计所要完成的性能划分，系统需要以下几个模块：主控模块、液晶显示模块、温度检测模块、按键模块、报警模块以及加热和冷却模块。
下面讨论了对这些模块的选择和演示。
（一）温度检测传感器的选取和论证
在系统中选择了DS18B20作为数字温度传感器。DS18B20有广泛的应用范围，经封装后可应用于诸如管式、磁吸、螺杆式、不锈钢包装等各种场所，在具体的应用场景中传感器可以根据相应的场景改变外观。DS18B20相对于其他温度检测器，其连接线和封装都更为简便，在实际应用中也有LTM8877,LTM8874等多种型号可供选择。
智能恒温箱这个设计需要体积小、耐磨损、使用方便且要用于各种狭小的空间，为方便设备测温和控制领域，故选择使用DS18B20型芯片进行温度的采集。
（二）主控模块的选取和论证
方案一：MSP430系列微控制器，微控制器是TI公司于1996年开始推出的一款16位超低功耗混合信号处理器。 为了提供强大的功能，它的内部集成了多个模拟电路，数字电路和RISC微处理器。
方案二：51系列MCU，MCU具有可靠性高、价格低廉、无法解密等优点，而且8位MCU具有高性能，32个IO端口和STC系列微控制器可以在线编程和调试，调试能方便的下载并完成所要设计的智能恒温箱的程序。
方案三：AVR 系列ATmega64，ATmega64具有高性能，低功耗的特点，53个可编程I/O接口能充分满足需要，为日后升级提供空间。同时ISP免驱动下载方便程序调试。是比51系列更好用的单片机。
所以方案三中的AVR系列单片机更适合作为智能恒温箱的主控芯片。
（三）显示模块选取1286406型液晶屏
LCD模块的控制系统配置可以显示参数，使得控制系统可以通过屏幕进行实时显示通过温度传感器接收到的温度，大大增加了控制系统的人性化。该液晶屏是目前广受欢迎的1286406型字符点阵型液晶屏，其主要特点是能够实现数字、字母、标点或者一些简单图形的显示，且能通过自己定义字库显示汉字。所谓字符点阵液晶屏指的是屏幕的显示原理是通过屏幕上一个个规格排列的小液晶组成的，通过各个小液晶的显示/不显示，从而合成一个字符，因此显示出来的字符清晰度非常高，并且这种显示方式消耗的电流不是很大，图1为1286406液晶屏图。
图1 1286406液晶屏
1286406液晶显示屏为双电源兼容产品，需要5V（或3V）VDD电压给逻辑模块供电和8~15V的驱动电压给液晶屏驱动，因为本设计采用1286406液晶屏幕背光功能，背景灯直接由ATmega64控制。 1286406 LCD模块是一个20脚串联包装，即插即用，使用起来非常方便，而且模块的外观非常有利于电路设计的布局，也不需要担心接线问题。
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