直流PTC熱敏電阻恒溫控制系統(tǒng)

1、引言

　　現(xiàn)有的加熱器大都采用電熱管、電熱絲等傳統(tǒng)器件加熱，電熱管的外殼為不銹鋼制成的鋼管，內(nèi)有發(fā)熱元件電阻絲，加熱時(shí)通過(guò)電阻絲及鋼管向外界傳熱，當(dāng)空氣不流動(dòng)時(shí)，電熱管的熱量就散不出去，溫度會(huì)越來(lái)越高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀電熱管，甚至發(fā)生火災(zāi)。而PTC熱敏電阻作為發(fā)熱材料，具有節(jié)能恒溫、無(wú)明火、安全性好、發(fā)熱量較易調(diào)節(jié)、受電源電壓的波動(dòng)影響小、升溫迅速等特點(diǎn)，因此，設(shè)計(jì)使用PTC熱敏電阻做加熱材料的恒溫加熱系統(tǒng)對(duì)安全度要求較高的應(yīng)用是很有意義的。

2、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

　　本系統(tǒng)采用AT89C2051為控制核心，PTC熱敏電阻對(duì)加熱區(qū)域進(jìn)行加熱，數(shù)字溫度計(jì)DS18B20實(shí)時(shí)采集溫度，由外設(shè)鍵盤(pán)設(shè)定所要加熱溫度值的上限和下限， 通過(guò)實(shí)時(shí)采集到的溫度值與設(shè)定溫度值的比較，確定是否達(dá)到所設(shè)定的溫度范圍，由AT89C2051控制多路繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)多片PTC熱敏電阻（一路繼電器控制一片PTC熱敏電阻）工作狀態(tài)的開(kāi)關(guān)控制，使加熱區(qū)域溫度維持在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

3、單片機(jī)控制加熱

3.1 單片機(jī)系統(tǒng)

　　AT89C2051是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，期間采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和2K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，15個(gè)I/O口線，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，1個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，1個(gè)全雙工串行通信口，內(nèi)置1個(gè)精密比較器，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路[1]。

3.2 PTC熱敏電阻

　　PTC是英文Positive Temperature Coefficie-nt的縮寫(xiě)，即為正溫度系數(shù)，其電阻阻值隨溫度的升高而增大。PTC熱敏電阻在未達(dá)到一個(gè)特定的溫度之前，電阻阻值隨溫度的變化非常緩慢，當(dāng)超過(guò)這個(gè)溫度時(shí)，PTC熱敏電阻的阻值急劇增大，發(fā)生阻值劇變的這個(gè)溫度，稱(chēng)之為居里溫度，它是PTC熱敏電阻的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)[2]。
圖2為PTC熱敏電阻的電流-時(shí)間特性。

3.3 數(shù)字溫度計(jì)DS18B20

　　DS18B20數(shù)字溫度計(jì)是DALLAS公司生產(chǎn)的1―Wire，即單總線器件，具有線路簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。測(cè)量溫度范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃。DS18B20的精度檢查為±2℃?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。

　　由于DS18B20采用的是1―Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對(duì)AT89C2051單片機(jī)來(lái)說(shuō)，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，必須采用軟件的方法來(lái)模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來(lái)完成對(duì)DS18B20芯片的訪問(wèn)。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備，數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先[3]。