基于单片机的恒温控制系统

开 始

图3-1 程序流程图

3.1 程序的模块化设计

数据采集系统的性能在很大程度上取决于其应用软件的研究与开发，所以在明

加热 Y停止 比较设定温度值和实际温度 显示实际温度 数值处理 温度检测 处 理 按 键, 显 示 设 定 值 初 始 化 N 是否大于? T

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确了系统设计目标之后，应该采用好的程序开发方法，如结构化设计方法、模块化思想、多线程以及软件系统的评价标准等等。模块是定义了输入和输出，具有一定特性的程序实体。模块化设计（Modular Design）的核心是模块的划分。模块化结构是所有设计良好的软件系统的基本特点，任何一个大的程序系统，总是由若干功能相对独立的模块组成[13]。

模块化设计一般采用自顶向下的设计方法（Top-down Design）划分模块。模块化设计要尽量使模块的划分合理。模块划分合理有以下两点要求：

1）各模块之间耦合（Coupling）尽可能少。模块之间耦合尽可能少，说明各模块独立性（Module Independence）好，接口少，减少了相互间的访问，也减少了出错的机会。

2）各单一模块内聚性（Cohesion）高。各模块内聚性高说明该模块有一个专一的任务，划分合理，能提高开发效率[14][15]。

模块划分之后，要用图示的方法表示出个模块之间的关系，本设计的软件系统模块划分如图。系统程序的主要功能为模块划分的标准，其他包括数据采集，数据显示，数据比较等功能。

数据采集 数据显示 设定温度 实时温度 数据比较 图3-2 程序模块功能图

3.2 系统软件原理设计

控制系统加电后主控单片机、LCD显示、温度传感器DS18B20复位，然后初始化单片机和温度传感器，初始化完成之后，程序开始扫描键盘等待设定目标温度值，设定完成后，程序则立即开始通过扫描温度传感器DS18B20来实时采集当前水温并显示。控制算法中，当设定值与实际水温值相差大于10℃时，控制电炉的输出功率为全功率，当两者相差小于10℃时采用比例控制，并在相差10~5℃时采用不同参数的比例控制，小于5℃时采用比例积分控制,直至实际水温与设定水温相同时停止控制，程序进入等待控制状态，如果水温降到设定值以下则又开始控制。 3.2.1 按键功能定义

本次设计中定义4个按键：设定、加、减、复位键。复位键由主控单片机的复位来实现，其余各键由P1口采集控制，分别为：P1.4、P1.1、P1.2口。设定初始值

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时默认从高位到低位依次设定，用加减键实现数字的选择，按下设定键直接确认并跳到下一位，三位设定完成后主程序开始进行实时数据的采集和对输出的控制。 3.2.2 温度传感器实时数据采集

设计中选用数字传感器DS18B20，其内部可自动完成对温度模拟量到数字量的转换和放大，通过一根信号即可将实时温度参数读入主控单片机进行控制处理[16]。本设计中通过P2.2口进行信号传输，控制程序中只要对DS18B20初始化完毕就可以实时读取采集温度信号。 3.2.3 调功输出控制

主控单片机运算输出脉冲宽度可调的PWM波用于双向可控硅在1s内的导通和关断数从而调节输出给电炉的功率[17]。控制算法采用比例控制，当设定值与实际水温值相差大于20℃时，控制电炉的输出功率为全功率，当两者相差小于10℃时采用比例控制，当两者相差小于5℃时采用比例积分控制,直至实际水温与设定水温相同后间歇控制，程序进入等待控制状态，如果水温降到设定值以下则又开始控制[18]。 3.3 程序运行结果

系统开始工作后，有键盘来设定蔬菜大棚所要达到的设定值，温度传感器DS18B20时事测定当前温度，若当前温度小于设定值，则加热炉开始工作，直到当前温度达到设定值；若当前温度大于设定值，则加热炉停止工作，温度开始下降，直到当前温度等于设定值；若设定值等于当前温度，则不采取任何措施。

当实时温度小于设定值时,此时加热炉工作,从而提高大棚的温度:

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图3-3

当实时温度大于设定值时,加热炉停止工作:

图3-4

当实时温度与设定值相等时,不采取任何措施:

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