基于單片機的空調溫度控制器設計

劉虎玲

遼寧錦州渤海大學工學院

基于單片機的空調溫度控制器設計

劉虎玲

遼寧錦州渤海大學工學院

在光電以及能量方面關于GaN系列的材料有著廣泛的應用價值，同時發展空間十分廣闊。對于空調溫度控制器的研究具有很高的實踐意義。MOCVD系統的設計中的核心參數就是溫度。本文設計的目標就是為了完成一個性能優良的溫度控制器，空調溫度控制器的設計中包括硬件設計、軟件設計。硬件設計中具體包括了時鐘電路以及復位電路設計等。

MOCVD 溫度控制器 復位電路

1 MOCVD的基本原理

MOCVD（金屬有機化合物化學氣相淀積）的溫度控制系統能夠反應出溫度的變化，通過紅外輻射的方式對石墨進行加熱。在石墨塊中的中心位置放置熱電偶，熱電偶的用途主要是用來進行溫度的測量，顯示屏中顯示的是石墨盤中的溫度。溫度的采集過程需要運用到熱電偶的方式實現。將半導體薄膜材料運用到半導體以及微電子領域中具有重要的應用價值，在半導體材料進入生長之前的時候，第一步需要做的就是在生長薄膜材料的上面放置一片襯底圓片，接著再在反應室里面的承片臺的上面放置底圓片，將生長源氣體充如其中，確保反應室中的環境是合格的，當源材料的內部有化學反應發生的時候，生長薄膜材料內部的分子團就會加入其中，最終該分子團是在襯底圓片掉落，晶體半導體薄膜材料會經過多次的累積之后生成所需要的金屬有機物材料。

2 溫度控制概述

通過溫度控制可以實現升高溫度，從而增強加熱的效率等。現今，我國很多的單位在對顯示的溫度自動測量中運用到視角定位，操作人員在進行手動操作中需要根據具體的情況設置相關的值，通過手動操作從而成功得出所需要的溫度變化值。但是由于一些人為因素的存在，溫度控制系統在設計實現中會受到一些外在因素的影響，而且操作人員也會受到相關技術水平的約束。在實現溫度控制系統的過程中容易出現溫度超調，同時誤差的存在也是無法克服的。在工程系統領域以及經濟系統領域中，關于延時溫度和控制對象等問題的研究已經取得了很大的發展。

在MOCVD系統中溫度充當著很重要的角色。溫度對于材料的生長有著直接的影響作用。當溫度出現了升高，或者是出現了降低，以及溫度上升的速率和溫度降低的速率這些都是對材料的生長有著影響的。而且溫度的持續時間長短也會影響材料的生長。對于MOCVD系統而言，加熱系統的實現需要運用高頻感應加熱。在很短的時間中得到負載功率以及功率密度，通常情況下功率密度比較高，當進行了加熱以后，MOCVD系統的每秒的度數范圍能夠高達幾十度到幾百度進行變化，而且熱效率的范圍是從50%到75%范圍內變化。

MOCVD溫度控制器主要是針對生長晶片的反應室的溫度值。需要將快速的降溫以及升溫工藝增加到材料生長中，并且運用高頻加熱器加熱處理MOCVD設備里的反應室的石墨塊。調節RF感應加熱器上面的電壓值。

3 溫度控制系統的硬件設計

本文的硬件設計的核心選擇的是STC單片機，溫度是系統研究中的重要影響參數。本文設計了MOCVD溫度控制系統的多個子模塊，溫度控制器的實現過程是需要這些子模塊的支持。系統結構框圖如圖1所示，現就系統中的時鐘電路、復位電路及D/A轉換部分加以說明。

圖1 系統總結構圖

3.1 時鐘電路設計

當內部振蕩電路運行起來的時候XTAL1以及XTAL2的作用是用來和時鐘石英晶體外接。同時晶振頻率與振蕩頻率是相等的，在內部時鐘電路中加入振蕩信號，最后形成時鐘脈沖信號，時鐘電路圖如圖2所示。當選擇外部振蕩電路的時候，外部振蕩脈沖中需要運用XTAL1輸入，該信號直接送至內部時鐘電路中，同時XTAL2會出現懸空的情況，通過時鐘電路能夠實現時間的定時設置，時鐘電路圖如2所示。

圖2 時鐘電路圖

3.2 復位電路設計

復位電路的引腳和復位電路相連的橋梁是施密特觸發器。在所有的機器周期以內，復位電路都會對施密特觸發器的輸出進行采樣。單片機復位可以實現的前提是保留高電平，同時該高電平的時間段是2個周期。復位對內部RAM里面的數據不會造成任何的影響。當復位成功之后，就會指向程序的存儲器里面，CPU就會從首地址等于0000H單元起始處執行復位程序。因此當單片機的系統在運行的過程中發生了故障或者是死循環的時候，就可以通過按下復位鍵進而再次啟動。

3.3 D/A轉換芯片電路設計

DAC7611的電壓輸出值是從0到4.096V，而且RF感應加熱器的調節是通過從0V到10V的電壓實現的，因此電壓的輸出值要進行放大處理。在同相放大的電路里面，進行調試的過程中，調節變阻會產生對應輸出電壓，該電壓的變化范圍是從0V到10V進行改變。輸入二進制數與輸出模擬電壓的對應關系如表1所示。

表1 輸入二進制數與輸出模擬電壓的對應關系

4 溫度控制器系統軟件的設計

4.1 溫度控制器的主程序設計

當轉換數字量以后，反應室里面的溫度就可以顯示在LED顯示器中，此外將結果溫度值和被控溫度值進行比較，按照這兩者的偏差值的不同大小，選擇FUZZY-PID進行控制，對感應加熱器中的電壓進行調節，從而能夠對加熱功率的值進行改變。

圖3 主程序的流程圖

為了能夠實現調試程序以及程序的維護，溫度控制器系統的軟件設計的實現采用的方法是模塊化思想。系統的組成部分包括了一個主程序以及多個其他的子程序形成。子程序中涉及到了A/D轉換子程序以及LED顯示子程序。每一個子程序最終都會返回到主程序，子程序執行的時間不會很長，而且處理子程序中的事件的完成是通過判斷標志位實現以及標志位實現的。主程溫度控制器功能的完成需要通過多個子程序的調用。主程序的流程圖如圖3所示。

4.2 LED顯示模塊

在LED的顯示模塊中將字段碼輸出來，而且字段碼中的內容顯示的結果都是一樣的，所以如果需要結果是不一樣的，就需要選用輪流的方式顯示。將這些字位線中的任何一位保持選通的狀態，而剩余的字位線都是保持關閉的狀態，而且當選通的字位線是需要顯示出來的。此時顯示的結果是有一位是能夠顯示的。LED顯示模塊的流程圖如圖4所示。

圖4 LED顯示模塊流程圖

結語：本文設計了基于單片機的溫度控制器，課題中包括了軟件設計以及硬件設計，該溫度控制器的總體設計基于簡單易操作，成本消耗低且芯片性能指數高等思想進行了實現。該溫度控制器的采用串行工作方式。其中溫度控制器的軟件設計，所涵蓋的模塊子程序主要涉及到了A/D轉換子程序以及LED顯示子程序及A/D采集。

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