恒溫培養(yǎng)箱智能溫控器的研制

目前我國(guó)舊冰箱已進(jìn)入了一個(gè)報(bào)廢高峰期。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)電冰箱年均報(bào)廢４００萬(wàn)臺(tái)，大量廢舊冰箱的處理問(wèn)題已成為當(dāng)今地球環(huán)境保護(hù)的熱點(diǎn)問(wèn)題。我校近幾年冰箱報(bào)廢的主要原因是制冷系統(tǒng)損壞，其箱體完好。許多實(shí)驗(yàn)室需要恒溫培養(yǎng)箱進(jìn)行種子的發(fā)芽、組織細(xì)胞、微生物的培養(yǎng)等恒溫實(shí)驗(yàn)。把廢舊冰箱改造成恒溫培養(yǎng)箱具有極其重要的實(shí)際意義。實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員有責(zé)任對(duì)廢舊冰箱進(jìn)行合理利用。對(duì)廢舊冰箱進(jìn)行改造再利用是一種創(chuàng)新過(guò)程，需要利用高新技術(shù)并在技術(shù)性能等方面能達(dá)到甚至超過(guò)新品。在報(bào)廢冰箱改造為恒溫培養(yǎng)箱（簡(jiǎn)稱恒溫箱）的實(shí)踐中，我利用單片機(jī)，通過(guò)精心優(yōu)化編程、巧妙設(shè)計(jì)電路，合理地利用單片機(jī)的軟硬件資源，解決了許多技術(shù)難題，研制了升降溫雙重控溫功能的智能高精度溫控器，并成功地應(yīng)用于恒溫培養(yǎng)箱中，使其技術(shù)性能指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)了目前市場(chǎng)上恒溫培養(yǎng)箱的要求。1、控溫范圍：5-40℃ 2、溫度波動(dòng)：±0.2℃
報(bào)廢冰箱改造為恒溫培養(yǎng)箱，首先將冰箱的制冷系統(tǒng)拆除，拆除過(guò)程中注意保護(hù)好箱體，然后將溫控器、風(fēng)扇安裝在適當(dāng)位置即可。恒溫培養(yǎng)箱既需要升溫也需要降溫，而目前市場(chǎng)上銷售的溫控器只具有升溫或降溫單一控制功能，控溫精度低，不能滿足恒溫培養(yǎng)箱對(duì)控溫的要求。研制一種升溫與降溫控制功能于一體且具有較高控溫精度的溫控器是報(bào)廢冰箱改造的關(guān)鍵技術(shù)。下面介紹自行研制的恒溫培養(yǎng)箱溫度控制器（簡(jiǎn)稱溫控器）的工作原理。
1 工作原理
溫控器以8031單片機(jī)為核心器件，利用電接點(diǎn)水銀溫度計(jì)進(jìn)行溫度設(shè)置，通過(guò)對(duì)電接點(diǎn)水銀溫度計(jì)接通、斷開周期的調(diào)控實(shí)現(xiàn)對(duì)恒溫培養(yǎng)箱溫度的控制。單片機(jī)對(duì)電接點(diǎn)水銀溫度計(jì)的通、斷狀態(tài)檢測(cè)后，自動(dòng)識(shí)別出升溫或降溫。當(dāng)需要升溫時(shí)，采用電熱板加熱，單片機(jī)調(diào)控和雙向可控硅調(diào)功方式；當(dāng)需要降溫時(shí)，采用半導(dǎo)體制冷器降溫，單片機(jī)調(diào)控方式。控溫精度達(dá)到了較高水平。
電路原理圖如圖1所示。該控制器主要由升、降溫自動(dòng)識(shí)別電路、升溫控制電路、降溫控制電路和溫度異常報(bào)警電路等組成。
1.1 升、降溫自動(dòng)識(shí)別電路
當(dāng)需要升溫時(shí)，電接點(diǎn)水銀溫度計(jì)為斷開狀態(tài)（WDJ不導(dǎo)通），運(yùn)算放大器LM358（IC9B）的⑤腳為高電平，其⑥腳為R9與R11分壓后得到的2.5V固定電壓，此時(shí)⑤腳電位高于⑥腳電位，⑦腳輸出高電平。該高電平輸入到單片機(jī)IC1的12腳 。當(dāng)需要降溫時(shí)，根據(jù)上述分析，單片機(jī)IC1的12腳為低電平。單片機(jī)IC1（8301）上電復(fù)位初始化后，首先從12腳讀入數(shù)據(jù)，由上述分析可知，若12腳輸入的數(shù)據(jù)為“1”,則說(shuō)明恒溫箱需要升溫，否則需要降溫。升溫時(shí)，單片機(jī)使P2端輸出高點(diǎn)平；降溫時(shí)，單片機(jī)使P2端輸出低電平。

1.2 升溫控制電路
由上述分析可知，當(dāng)需要升溫時(shí)，IC9B的⑦腳輸出高電平。該高電平使與非門IC10B（74LS10）的③腳為高電平。同時(shí)IC9B的⑦腳輸出的高電平經(jīng)過(guò)非門IC7B使與非門IC10C的⑨腳為低電平，此低電平將與非門IC10C關(guān)閉，降溫電路不能工作。當(dāng)單片機(jī)自動(dòng)識(shí)別出恒溫箱需要升溫時(shí)，將P2端置位（輸出高電平），P0端輸出占空比為1：1的方波，則IC10B的⑤腳為高電平，④腳為方波，其⑥腳輸出與⑤腳反相的方波，IC8得電工作，雙向可控硅SCR導(dǎo)通，電熱板開始對(duì)恒溫箱進(jìn)行供熱。此時(shí)雖然IC10C的9腳變?yōu)楦唠娖?，但其?1）腳仍為低電平，所以與非門IC10C保持關(guān)閉狀態(tài)，降溫電路仍不能工作
當(dāng)恒溫箱的溫度達(dá)到設(shè)定的溫度值時(shí)，WDJ導(dǎo)通，此時(shí)IC9B的⑤腳電位低于⑥腳電位，⑦腳輸出低電平，與非門IC10B被關(guān)閉，其⑥腳輸出高電平，IC8停止工作，電熱板停止加熱。與此同時(shí)，IC9B的⑦腳輸出的低電平同時(shí)送到IC1的中斷控制輸入引腳 端，其下降沿引起IC1中斷，外部中斷服務(wù)程度使IC1的內(nèi)部定時(shí)器開始計(jì)數(shù)。
電熱板停止加熱后，恒溫箱的溫度開始下降，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，WDJ斷開，根據(jù)上述分析可知，電熱板又開始對(duì)控溫設(shè)備進(jìn)行加熱。當(dāng)加熱到設(shè)定溫度值時(shí)，WDJ導(dǎo)通，使IC9的⑦腳再一次輸出低電平。根據(jù)前面的分析可知，此低電平一方面使電熱板停止加熱；另一方面其下降沿又一次引起IC1中斷，外部中斷服務(wù)程序使IC1內(nèi)部定時(shí)器TO停止計(jì)數(shù)。并對(duì)WDJ的通、斷周期進(jìn)行分析判斷，根據(jù)不同情況置相應(yīng)的標(biāo)志位，然后中斷服務(wù)程序使IC1內(nèi)部定時(shí)器TO開始重新計(jì)數(shù)，并將本次WDJ的通、斷周期存儲(chǔ)起來(lái)，用來(lái)與下次通、斷周期相比較。IC1內(nèi)部定時(shí)器TO工作于方式2，當(dāng)