電烘箱溫度控制器設計

摘要：針對電烘箱溫度穩定控制的重要性，設計了對電烘箱溫度進行自動控制的電路。該電路采用AT89S51單片機控制，采用數字式溫度傳感器DS18B20對溫度進行監測，由繼電器對加熱絲電流進行通斷控制，使電烘箱溫度控制在恒定值。

關鍵字：電烘箱；溫度控制；單片機

1 引言

溫度是一個基本的物理常量，是工業對象的主要被控參數之一。在冶金、化工、機械、食品等各類工業中，廣泛使用這種加熱爐、烘箱、恒溫箱等，他們均需要對溫度進行相應的控制。利用所學知識，應用電路仿真的軟件設計一個電烘箱的溫度測試及控制器，經過軟件編程及硬件調試，使其具有溫度測量及控制的作用，達到準確而迅速按所定要求進行溫度控制的目的。

2 系統設計框架

設計以AT89S51單片機為核心研制的一種電烘箱溫度控制器。采用數字式溫度傳感器DS18B20對溫度進行監測，由繼電器對加熱絲電流進行通斷控制，使電烘箱溫度控制在恒定值。

3 系統硬件設計

3.1 單片機控制系統

電烘箱溫度控制器以單片機為控制中心，AT89S51單片機作為本設計的核心控制器件，它是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統提供高性價比的解決方案。

3.2 溫度傳感器測量電路

在本設計中，采用美國Dallas半導體公司繼DS1820之后推出的一種改進智能溫度傳感器DS18B20作為溫度檢測元件，測溫范圍為-55～125℃，最大分辨率可達0.0625℃。

3.3 顯示模塊電路

液晶顯示模塊不僅顯示直觀方便，而且與單片機連線方便，無需驅動電路，占用口線也相對與LED數碼管減少許多，其連接電路如圖3所示。

3.4 繼電器驅動電路

繼電器用于控制加熱絲電流的通斷具有價格低廉，控制靈活方便，驅動簡單的優點。本設計中繼電器的驅動電路如圖4所示。三極管基極為高電平時三極管導通，繼電器線圈通過電流，觸電從4腳切換到5腳，使加熱絲通以電流，并可使LED陰極為低電平，LED點亮，作為電熱絲加熱狀態指示。

3.5 鍵盤電路

本次設計即采用多功能鍵的設計方法，節省了按鈕數量，簡化硬件線路，縮小了系統規模，只是編程變得更復雜些。本次設計鍵盤電路如圖5所示。

由于采用復合式鍵盤設計的方法，一個按鈕具有多個功能，如BUT4及BUT5即可對設定溫度值進行加數或減數，又可對設定保溫時間進行加數或減數操作。這樣就減少了按鈕數量，縮小了系統規模，操作也更靈活簡單。

4 系統軟件設計

4.1 液晶模塊LCD1602驅動程序設計

由于MPU 可以直接訪問模塊內部的IR 和DR，作為緩沖區域，IR 和DR 在模塊進行內部操作之前，可以暫存來自MPU 的控制信息。這樣就給用戶在MPU 和外圍控制設備的選擇上，增加了余地。模塊的內部操作由來自MPU的RS、R/W、E 以及數據信號DB決定，這些信號的組合形成了模塊的指令。

4.2 溫度傳感器DS18B20驅動程序設計

根據DS18B20的通訊協議，主機控制DS18B20完成溫度轉換必須經過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位操作，復位成功后發送一條ROM指令，最后發送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數據線下拉500us，然后釋放，當DS18B20收到信號后等待16～60us左右，后發出60～240us的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。

4.3 鍵盤驅動程序設計

鍵盤的工作過程可以分兩步：第一步是CPU首先檢測鍵盤上是否有鍵按下；第二步是再識別是哪個鍵按下，其程序流程圖如圖8所示。

4.4 總體控制程序設計

主程序main函數在烘箱溫度控制系統中起著主要的控制作用。在進入main函數后，首先對寄存器進行初始化，然后進入while循環，循環執行某些程序并等待中斷。

5 結論

本設計控制溫度范圍為-55℃～125℃，控制精度為1℃。通過按鈕可設定電烘箱保溫溫度，保溫時間（從00：00到99：59可任意設定）。在保溫時間內，溫度超過設定溫度的一定范圍（可選擇±1℃、±2℃、±3℃、±4℃）則繼電器工作，加熱絲電路接通或斷開，即加熱或停止加熱。保溫時間到則斷開繼電器，停止加熱。

經過電路設計、程序調試及Proteus仿真運行，此電路工作較為穩定，控制方便及時，精度較高，滿足對電烘箱溫度控制的要求。

參考文獻

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作者簡介

宋春霖，男，西南石油大學電氣信息學院測控技術與儀器2009級學生，主要從事測控技術與儀表方面的研究工作。