基于單片機的快遞小車電加熱手套溫度控制系統設計

萬增利

摘要：溫度是一種最基本的環境參數，與人們的日常生活與環境的溫度息息相關。本文用逆變器和電加熱材料設計了一種快遞小車電加熱手套，并對其溫度實現智能控制。采用逆變器和電加熱材料設計和實現了電加熱手套系統，采用單片機、溫度傳感器、顯示器、繼電器等設計和實現了溫控系統。經過試驗證明該系統具有一定的可行性，溫控系統控制精度高具有較強的可靠性。

關鍵詞：電加熱手套；單片機；溫度控制；DS18B20

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）07-0018-03

溫度是一種最基本的環境參數，與人們的日常生活與環境的溫度息息相關。傳統的電加熱裝置一般不帶控溫原件，只能通過手動方式接通或切斷電源來控制溫度，這樣使用起來就有一定的局限性[1，2]。因此，對電加熱裝置實現智能控制就顯得尤為重要。本文設計了一款電加熱手套并對其實現溫度智能控制，該系統主要是利用逆變器和電加熱材料來制作電加熱手套，并通過單片機輸出量控制固態繼電器交流引腳的導通，實現電加熱手套的智能工作，具有較強的推廣應用價值。

1 系統總體方案設計

運用快遞小車的充電蓄電池作為電壓起始輸出源，電壓起始輸出源輸出的12V電壓經過逆變器之后變成220V的電壓值，此電壓作為最終的電壓源對快遞小車電壓熱手套進行加熱，電壓熱手套的用傳統的電加熱毯材料進行制作。在對電加熱手套的加熱過程選取智能控制的形式：以MSP430單片機為核心部件，配合DS18B20溫度傳感器，LCD顯示電路，輸出控制電路，實現電加熱手套工作溫度的采集和控制（加熱與保溫）。系統基本框圖如圖1所示。

2 系統硬件設計

系統硬件電路由電動小車電源輸出單元、電加熱手套單元和溫度控制單元構成。

2.1 電源輸出單元

電源輸出單元選用普通的電動車電池。該電池應當具有使用壽命長、電壓輸出穩定和輸出功率足夠大等特點。

2.2 逆變器單元

逆變器單元選用直流12V轉220V車載逆變器，該逆變器必須滿足輸出電壓穩定并且輸出功率滿足電加熱手套的工作的功率。

2.3 電加熱手套單元

電加熱手套制作材料選擇普通的電熱毯材料，要求材料節能環保、散熱點分布均勻并且安全可靠，之后將該材料制作手套的形式即可。

2.4 MSP430單片機系統

MSP430單片機是一種超低功耗的16位微處理器，該系列單片機具有低電壓、超低功耗，超強的處理能力，高性能的模擬技術，抗干擾的能力強等優點[3-4]。

MSP430單片機在系統中完成接收DS18B20的數字信號，并進行譯碼處理，通過LCD將溫度顯示出來，同時單片機系統還將完成鍵盤掃描、按鍵溫度設定、超溫限制等程序的處理，將處理的溫度信號與系統設定溫度值比較，形成可以控制電加熱手套的加熱、保溫與停止3種工作狀態，如圖2所示。

2.5 數字式DS18B20溫度采集

DS18B20屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器。該芯片具有獨特的單線接口，既可以通過串行口線，也可以通過其他I/O口線與微機接口，無需A/D轉換電路，直接輸出被測溫度值。本系統中DS18B20的3個引腳分別接公共電源+5V、電源地和單片機接口[5，6]。如圖3所示。

2.6 顯示電路

本次設計采用的是LCD12864，LCD12864相對而言功能比較多一些，它不僅可以顯示數字，還可以顯示漢字、字母等，顯示的內容為4行，每行16個字符。LCD12864接線圖具體如圖4所示。

2.7 溫度控制電路

繼電器控制電路根據DS18B20實時采集到的環境溫度對電熱毯實現智能控制。該控制電路由MSP430單片機的P3.7的高低電平來控制繼電器的斷開和閉合。當為低電平時，三極管導通，發光二極管亮，控制繼電器開始加熱，當P3.7口為高電平時，三極管截止，繼電器斷開，停止加熱。該繼電器加熱電路如圖5所示。

3 系統軟件設計

基于MSP430單片機的電加熱手套溫度控制系統采用模塊化思想。根據所要完成的任務，將系統軟件分為主程序模塊、溫度采集模塊，數據處理模塊、鍵盤模塊、顯示模塊和溫度控制模塊。

程序開始的時候先初始化，檢測模塊開始讀取溫度并傳送給單片機，然后單片機控制LCD顯示。系統自動對比檢測值是否達到了預設值。如果鍵盤電路有預設值的話，那么系統根據預設值的要求給繼電器下達指令，繼電器啟動相應的裝置，控制溫度達到設定值。溫度傳感器繼續讀取當前的溫度值，如果沒有達到預設值的范圍，系統繼續進行循環。當系統采集到的候溫度高于預設溫度，則啟動報警電路并停止加熱。基本的程序流程框圖如圖6所示。

4 系統調試

通過搭建硬件平臺，對所設計的電加熱手套以及溫控系統進行調試和多次對比實驗，發現系統測試的結果與紅外測溫儀測量的數據有一定的偏差，而且存在的誤差也比較小，在可接受的范圍之內，證明該系統的具有一定的可行性。電加熱手套的溫控實驗曲線如圖7所示。

從圖中可知，紅外測溫儀測得的溫度在40度上下波動，波動幅度較小，這主要是與傳感器的溫度取樣位置以及傳感器的數量有關。

5 結語

基于單片機的電加熱手套溫控系統以電加熱手套和溫度控制兩個子系統為核心。采用逆變器和電加熱材料設計和實現了電加熱手套系統，采用單片機、溫度傳感器、顯示器、繼電器等設計和實現了溫控系統。該系統原理簡單、運行穩定、實現方便和硬件連線簡單，經過測試和實驗證明了該系統的具有一定的可行性和可靠性，具有一定的應用和推廣價值。

參考文獻

[1]李茸，段哲民，林珊珊，等.一種智能型電熱毯溫控系統的設計與實現[J].電子設計工程，2014，16（22）：5-7.

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[4]王峰，孟立凡.基于單片機的溫室調溫系統的設計與實現[J].電子世界，2011（1）：57-61.

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[6]李新剛.智能電加熱溫控系統的研制[D].黑龍江：哈爾濱工業大學，2005.endprint