單片機溫控箱設計

陳力生，付　輝

（四川省綿陽市涪城區(qū)西南科技大學，四川　綿陽　621000）

單片機溫控箱設計

陳力生，付輝

（四川省綿陽市涪城區(qū)西南科技大學，四川綿陽621000）

【摘要】恒溫箱作為一種常用而必備的器械已經廣泛地滲入到生活、工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)療等領域中，并發(fā)揮著不可替代的作用。用單片機對恒溫箱的溫度進行PID控制，控制改變過零比較后產生的PWM波的幅值和周期，使晶閘管的通斷時間不斷改變，控制白熾燈的亮滅以及亮滅的時間，來實現溫度的變化。用按鍵來輸入溫度的給定值和給定時間，用液晶來顯示當前溫度，并且加入達到溫度時的報警功能。溫度信號是通過溫度傳感器DS18b20來傳送的。

【關鍵詞】PID控制； PWM波； DS18b20

1　總體方案設計

先將按鍵設置好的溫度反饋入AT8952微控器中，并將采集到的溫度信息傳遞給微控器進行處理，當溫度沒有達到預設值時，控制晶閘管的導通時間，此時控制了100W燈泡的亮度來產熱。當達到預設值后裝置開始報警，同時燈泡的亮度減弱，溫度下降，由溫度傳感器將信息反饋回微控器進行處理。

2　各模塊硬件電路設計

2.1AT8951程序下載和液晶

在AD中繪入復位電路，和晶振的相關電路。P0口接入排阻，上拉5V的電路，為驅動液晶作準備。同時繪制下載口，將USB下載口和STC下載口繪制于圖中。AT8952是一種低功耗高性能微處理器，具有8K可編程的Flash存儲器，具有P0、P1、P2、P3 I/O口，從數量和功能上完全滿足要求。計數晶振采用12MHz，這樣一個機器周期為1us有利于計數初值的計算。接了倆個小電容為33pF有助于提高晶振的穩(wěn)定性。復位時間計算得2us。

2.2過零比較

此處外接變壓器的+-6V和地，檢測過零點，然后輸入單片機INT0 ，過零后單片機中斷延時，由于MOC3021在零點處不導通，因而需要避開這個零點位置，中斷就是過零檢測中波形處于零點的時間。避開這倆點處的時間，當電壓處于正時，光耦被觸發(fā)而導通，單片機來控制可控硅光耦MOC3021導通，隔離后控制雙向可控硅。

2.3電源部分

用7805穩(wěn)出的5V電壓，此5V用在后級電路用以實現相關功能。如在MOC3041的電壓驅動上，在液晶排阻的上拉電阻處，蜂鳴器的電壓驅動上都要用到5V電壓

2.4輸出控制電路

該電路由MOC3021實現的，之前選用的MOC3041只能實現亮滅控制而不能產生燈泡的漸和漸滅。在溫度的控制上沒有3021理想。加熱電路中采用MOC3023的目的是強弱電的隔離，在電路中是基于開關輸入的設定控制指令及傳感器的原理來控制電器的電源通斷。

BTA16是雙向晶閘管，當被電源控制電路的輸出管腳送出的開關控制指令為高電平，MOC3023截止，BTA16截止，關掉電器；當電源控制電路送出的開關控制指令為低電平，MOC3023導通，BTA16導通電器被打開。

2.5按鍵部分

采用了5個按鍵，復位按鍵，換擋按鍵，加按鍵，減按鍵，確認按鍵。用來配合軟件在按鍵處所要實現的功能。

2.6溫度傳感器部分

采用DS18b20來采集溫度信息。多個DS18B20可以掛接于同一條單線總線上，可在不同的地方放置溫度傳感器，1-Wire總線支持一主多從式結構，硬件需外接上拉電阻。當一方完成數據通信需要釋放總線時，只需將總線置高點平即可；若需要獲得總線進行通信時則要監(jiān)視總線是否空閑，若空閑，則置低電平獲得總線控制權。

2.7報警模塊

該電路采用一個小功率三極管Q1驅動蜂鳴器BELL,當單片機接收到超額溫度信號或危險信號時,輸出腳BELL輸出高點平,Q1導通，致使蜂鳴器BELL得電工作，發(fā)出報警聲。同時，電路中的發(fā)光二極管指示出電路的工作狀態(tài)。

3　各軟件模塊分析

3.1按鍵部分

通電后，單片機啟動信號并且只接受設定的溫度，同時系統(tǒng)引入鍵盤管理模式。如果檢測到有鍵閉合應該先去除抖動，采用軟件延時，一段時間過后，確認按鍵是否有閉合，然后將設定好的值送入預置溫度緩存區(qū)，并調用溫度判斷檢測報警程序，當設定溫度超過最大值時就會報警，最后啟動按鍵閉合時啟動加熱。

3.2液晶顯示

顯示子程序的功能是將緩沖區(qū)的二進制數據先轉換成3個BCD碼，再將其分別存入百位、十位、個位3個顯示緩沖區(qū)，送往串行口，利用單片機的P0口進行掃描，讓數據動態(tài)的在1602上顯示出來，可顯示設置溫度和測量溫度。

3.3控制模塊

溫度控制子程序流程，將預置溫度和當前溫度比較，設定溫度大于當前溫度是，開啟電熱器；當設定溫度小于當前溫度是，關閉電熱器；兩者相同時，電熱器保持這一狀態(tài)。

3.4溫度警模塊

根據設計要求，當檢測到當前溫度值高于設定溫度值時報警，報警的同時讓燈泡的亮度漸漸變暗使得溫度降低。為了防止誤報，設置了報警允許標志，只有在允許報警的情況下，溫度值高于設定溫度值時才報警。

3.5中斷程序與主程序

中斷程序用于報警、檢測溫度和控制；主程序主要是完成系統(tǒng)初始化，顯示預置溫度及設置定時器0

【參考文獻】

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[3]張俊謨.單片機中級教程(卷二) [M]北京：北京航空航天大學出版社,2008.6附錄

[4]任文輝,林智群,彭沛夫.用單片機對實驗室恒溫控制系統(tǒng)的設計.大學物理,2005,05：42-45.

【作者簡介】

陳力生（1994-），漢族 ，四川省雅安市石棉縣 ，本科 ，研究方向：電氣工程