溫箱溫度控制設(shè)計(jì)

摘要：針對溫箱控制過程中出現(xiàn)的精度低，穩(wěn)定性差等問題，設(shè)計(jì)了一種基于MSP430F149單片機(jī)的高精度溫箱溫度控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用鉑電阻溫度傳感器及12位A／D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)了溫箱溫度精確測量，并利用低功耗MSP430F149單片機(jī)及加熱和降溫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對溫箱溫度的精確控制。通過不同溫度下測量實(shí)驗(yàn)，表明溫箱溫度控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠。從而在-50～150℃溫度范圍內(nèi)，溫箱控制精度可以達(dá)到±0．5℃。
關(guān)鍵詞：MSP430F149；高精度；溫度控制；可控硅

0 前言
隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對溫箱的應(yīng)用和需求越來越廣泛，在工業(yè)生產(chǎn)、日常生活和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，我們隨處都可以看到溫箱的應(yīng)用。目前，在溫箱的控制過程中還存在一些不足之處，比如控制精度低，穩(wěn)定性比較差等。因此，針對溫箱控制過程中出現(xiàn)的問題，需要設(shè)計(jì)一個(gè)高精度的智能化溫箱控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)地對溫箱的溫度變化、運(yùn)行狀況和功能狀態(tài)等進(jìn)行控制。本文在研究溫度采集發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于微控制器MSP430F149的溫箱控制系統(tǒng)。
本系統(tǒng)以單片機(jī)MSP430F149為控制核心，采用鉑電阻溫度傳感器，對溫度信號(hào)進(jìn)行測量控制，并實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管數(shù)字顯示，可通過按鍵對溫度進(jìn)行目標(biāo)溫度值的設(shè)置，從而使系統(tǒng)能夠根據(jù)現(xiàn)場情況，自動(dòng)啟動(dòng)壓縮機(jī)或者加熱絲，對溫箱的實(shí)際溫度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)性好、實(shí)時(shí)性強(qiáng)。通過實(shí)驗(yàn)證明，系統(tǒng)可以達(dá)到高精度的溫箱溫度采集，實(shí)時(shí)地顯示溫箱的溫度，準(zhǔn)確及時(shí)地控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行，并具有體積小巧、安全、穩(wěn)定和可靠等特點(diǎn)，有良好的可擴(kuò)展性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖及其工作原理
系統(tǒng)總體框圖如圖1所示，由溫度傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、A／D轉(zhuǎn)換器、鍵盤、LED數(shù)碼管、MSP430單片機(jī)、電熱絲、隔離·驅(qū)動(dòng)、可控硅、壓縮機(jī)12部分組成。本溫箱控制系統(tǒng)采用的主要芯片MCU是單片機(jī)MSP430F149。主要的器件有：溫度傳感器鉑電阻芯片、壓縮機(jī)、加熱絲和風(fēng)扇等。

其工作原理是鉑電阻采集到溫度信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路送到A＼D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到的數(shù)字信號(hào)傳送到單片機(jī)的控制中心進(jìn)行處理判斷，然后由單片機(jī)輸出控制信號(hào)，經(jīng)過隔離驅(qū)動(dòng)電路控制可控硅，對加熱絲或壓縮機(jī)進(jìn)行控制。

2 系統(tǒng)單元電路設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的硬件電路主要由溫度采集、溫度控制和溫度顯示三大部分構(gòu)成。本系統(tǒng)的硬件由單片機(jī)MSP430F149、電源電路、溫度采集電路、溫度控制電路、數(shù)碼管顯示電路等構(gòu)成。
2．1 電源電路設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)需要使用+5V和+3．3V的直流穩(wěn)壓電源，其中MSP430F149及部分外圍電器需要+3．3V電源，其它部分需要+5V電源。在本系統(tǒng)中，以+5V直流電壓為輸入電壓，+3．3V由+5V直接線性降壓，其中采用HT7333作為穩(wěn)壓芯片。如圖2所示。

2．2 溫度傳感器采集電路
PT100溫度傳感器是一種以鉑(Pt)制成的電阻式溫度傳感器，屬于正電阻系數(shù)，其電阻和溫度變化的關(guān)系式如下：R=R0(1+aT)，其中a=0．00392，R0為100 Ω(在0℃的電阻值)，T為攝氏溫度。