基于AT89S52的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

倪文彬，王榮林

（南京理工大學(xué) 泰州科技學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 泰州225300）

0 引 言

現(xiàn)代溫度控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向是智能化、集成化，溫度控制系統(tǒng)已應(yīng)用于生活的各個(gè)方面。物理、化學(xué)、生物等學(xué)科都離不開科學(xué)技術(shù)中最基本的物理量之一的溫度。而在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中溫度常常是表述對(duì)象以及過(guò)程狀態(tài)的最重要的參數(shù)之一。因此，現(xiàn)在各行各業(yè)對(duì)于溫度控制的要求越來(lái)越高。本文利用AT89S52單片機(jī)為控制核心和傳感器構(gòu)建了一套完整的溫度控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)的溫度控制 ，并對(duì)該系統(tǒng)的性能進(jìn)行了測(cè)試和分析。

1 方案簡(jiǎn)介

本系統(tǒng)要求對(duì)散熱片表面溫度進(jìn)行快速準(zhǔn)確穩(wěn)定的控制及顯示，系統(tǒng)通過(guò)控制水泥電阻和風(fēng)扇的兩端所加電壓的占空比及通斷時(shí)間對(duì)散熱器進(jìn)行加溫和降溫。當(dāng)目標(biāo)溫度高于實(shí)測(cè)溫度時(shí)，給水泥電阻兩端加電壓來(lái)使金屬散熱器快速升溫，通過(guò)預(yù)先設(shè)定的算法算出當(dāng)前溫度與目標(biāo)溫度的預(yù)定差值，當(dāng)?shù)竭_(dá)此差值時(shí)，停止對(duì)水泥電阻加熱，并且開啟風(fēng)扇以減小超調(diào)量。同理，當(dāng)目標(biāo)溫度低于實(shí)測(cè)溫度時(shí)，用風(fēng)扇給金屬散熱器進(jìn)行降溫。在實(shí)測(cè)溫度快到達(dá)目標(biāo)溫度附近時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)扇和水泥電阻各自兩端所加電壓的占空比，使金屬散熱器溫度基本恒定在目標(biāo)溫度。

2 單片機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

單片機(jī)系統(tǒng)主要包括矩陣鍵盤輸入電路、LCD顯示電路、溫度采集電路、電扇驅(qū)動(dòng)電路，其硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 單片機(jī)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2.1 矩陣鍵盤輸入電路

本系統(tǒng)采用4×4矩陣鍵盤設(shè)計(jì)，即將I／O接口線的一部分作為行線，另一部分作為列線，按鍵設(shè)置在行線和列線的交叉點(diǎn)上，行列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，當(dāng)鍵按下時(shí)，兩導(dǎo)線連通。由于每個(gè)行號(hào)和列號(hào)都不同，每個(gè)按鍵都按行列號(hào)賦予了一個(gè)鍵值，所以只需占用8個(gè)I／O就可實(shí)現(xiàn)16個(gè)按鍵的輸入識(shí)別，該16個(gè)按鍵可用于數(shù)字輸入以及運(yùn)行參數(shù)修改。

2.2 LCD顯示電路

本系統(tǒng)采用的是LCD1602液晶，該液晶顯示的內(nèi)容為16×2，即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，因此可以很方便地實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)需要顯示的參數(shù)。

2.3 溫度采集電路

本系統(tǒng)中采用溫度傳感器DS18B20采集金屬散熱器表面溫度。DS18B20具有超低的硬件開銷，數(shù)據(jù)端輸出為數(shù)字量，可以直接將采集到的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)直接送入單片機(jī)，其電路設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

圖2 溫度采集電路

2.4 驅(qū)動(dòng)電路

設(shè)計(jì)中用達(dá)林頓管TIP122構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路，來(lái)驅(qū)動(dòng)水泥電阻和風(fēng)扇。TIP122基極接一電阻再接至單片機(jī)的一個(gè)I／O端口，通過(guò)端口送1或送0使得達(dá)林頓管導(dǎo)通或截止，從而開通或關(guān)斷負(fù)載，電路設(shè)計(jì)圖如圖3所示。

圖3 驅(qū)動(dòng)電路

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程如圖4。溫度控制流程如圖5。

4 產(chǎn)品性能測(cè)試與分析

4.1 測(cè)試方法

圖4 主流程圖

圖5 溫度控制流程圖

（1）使用一個(gè)散熱片將溫度初始值設(shè)為35℃，然后分別設(shè)定溫度值為3 5℃、4 0℃、5 0℃、6 0℃、70℃、80℃、90℃、100℃，在LCD上觀測(cè)溫度的超調(diào)量、穩(wěn)定后的最大正負(fù)誤差和到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)的響應(yīng)時(shí)間，并記錄下相應(yīng)數(shù)據(jù)。

（2）在原散熱片的基礎(chǔ)上再加一散熱片，同樣進(jìn)行溫度測(cè)試。

4.2 測(cè)試結(jié)果

系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果如表1，表2所示。

表1 一片散熱片，不同溫度穩(wěn)定后的最大波動(dòng)

表2 再加一片散熱片，不同溫度穩(wěn)定后的最大波動(dòng)

5 結(jié)束語(yǔ)

基于AT89S52的溫度控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)可調(diào)的溫度控制，對(duì)散熱器表面溫度能準(zhǔn)確顯示，控制誤差小于1%。

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