制作單片機恒溫箱的溫控系統(tǒng)的方法解析

本設計的主要原理是，單片機實時地將溫度傳感器所采集的溫度值與所設定的恒溫值進行比較和處理。從而監(jiān)控并保持樣品容器箱的溫度值。本文給出了該系統(tǒng)的方案設計、硬件電路、軟件設計、故障排除以及系統(tǒng)調試等內容。

系統(tǒng)的主要性能指標有：(1)恒定溫度值設定范圍：20-50℃,最小區(qū)分度：1℃;f 2)數碼管顯示實際溫度值，顯示范圍：0-99℃;最小區(qū)分度：0.1℃;(3)溫度控制誤差：≤4-1℃;(4)顯示精度：溫度控制的絕對誤差≤±3℃.鑒于風扇冷卻，環(huán)境溫度高于20℃.恒溫下限相應上移。

一、系統(tǒng)方案設計

本系統(tǒng)是基于經典C51系列單片機的應用開發(fā)，集環(huán)境溫度的信號采集、數據的處理及溫度的保持控制等等為一體的數字控制系統(tǒng)。同時，該系統(tǒng)設計有友好的人機交互界面以及簡易的設置按鍵。

系統(tǒng)由如下功能模塊組成：MCU模塊，顯示模塊。電源模塊，按鍵設置模塊，溫度采集模塊。

冷卻模塊以及加熱模塊。系統(tǒng)方案框圖如圖1所示。

圖1系統(tǒng)方案框

二、元器件選擇

本設計的MCU采用sTC89C52單片機;考慮到節(jié)省器件使用的需要。溫度傳感器則采用單總線制的數字溫度傳感器DSl8820,無需接A,D轉換器，采樣值可直接送單片機處理，簡易方便;系統(tǒng)采用普通單刀繼電器HK4100F作為控制開關;兩個水泥電阻(10W,10Ω)串聯(lián)作為加熱器件，低壓(最高24V)供電，安全可靠;以5V直流供電小型風扇達到降溫或使容器受熱均勻的目的;采用普通的按鍵開關，實現恒溫溫度的可調設置功能;三位一體的數碼管實時顯示當前容器的溫度值，簡易低廉，實現了人機交互界面之目標。

三、硬件電路設計

依據系統(tǒng)方案，概述主要模塊接口電路;1、電源模塊。12~24V交流輸入，輸入的交流電壓為水泥電阻的發(fā)出熱量提供電能;輸入交流電壓經整流濾波，接入穩(wěn)壓芯片7805轉變?yōu)?V直流電壓(VCC)以供給MCU及其外設系統(tǒng)使用。

2、顯示模塊。共陽數碼管，段選接MCU I/013的P1組管腳。以9012三極管作為數碼管位選開關，位選分別由P25、P26、P27等管腳控制，三位數碼管顯示當前溫度(采樣溫度)值，其中有一個為小數位。其余兩個分別為十位和各位。

3、加熱模塊。主要根據設定恒溫值與采樣溫度值的比較結果進行工作。即，采樣溫度值大于設定值時。繼電器閉合并接通水泥電阻加熱，否則斷開。

圖2中，JDl、JD2分別接串聯(lián)水泥電阻及交流電源的一端，該繼電器由單片機的P24管腳控制。

圖2 電路原理圖

四、系統(tǒng)軟件設計

1、系統(tǒng)軟件概述，如圖3所示，系統(tǒng)軟件主流程是一死循環(huán)程序。其主要任務是：

(1)初始化系統(tǒng)。主要完成相關單片機寄存器的配置，初始化全局變量等。

(2)判斷。設置按鍵是否按下.若按下。則轉入設置處理。并定時10S,若10S后仍然沒有按鍵按下，則跳出設置處理。

(3)采集溫度并處理數據。主要對DSl8820復位并讀取數值，對所得數據作相關處理并最終轉換為十進制數以便于數碼管顯示。

圖3主程序流程圖