基于AT89S52單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)
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3．1. 3 線性插值法簡介
熱敏電阻的主要優(yōu)點(diǎn)是：溫度系數(shù)大、靈敏度高、適合于高精度測量。但其缺點(diǎn)是存在非線性，為了提高顯示的準(zhǔn)確度，需要對熱敏電阻進(jìn)行線性插值法處理。該方法根據(jù)精度要求對溫度特性曲線進(jìn)行分段，分段越多，線性化的近似精度越高，分段后用若干折線段逼近曲線，折點(diǎn)的坐標(biāo)值存入表中，測量時要先用折半查找法判斷出被測溫度對應(yīng)的熱敏電阻屬于哪一折線段，然后根據(jù)相應(yīng)折線的斜率進(jìn)行線性插值從而求出被測溫度。下面用圖示的方法說明線性插值法：
圖3中k為折點(diǎn)的序號，Tt為根據(jù)插值法算出的溫度值，Tact為相應(yīng)的阻值對應(yīng)的實(shí)際溫度值。顯然當(dāng)分段越多，即Rk和Rk+1間的間距越小時，Tt和Tact之間的間距越小，實(shí)測值與計(jì)算值之間的誤差越小。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/163442.htm
根據(jù)圖3可知溫度表達(dá)式的通式為：
式中：Vt為采集到的熱敏電阻兩端的電壓值，It由所選用的恒流源決定。
3．2 恒流源
從熱敏電阻的特性可知，在高溫時，變化相同的溫度引起的阻值變化較小，即溫度系數(shù)較小，傳統(tǒng)的解決方法是加大恒流源的電流。由于溫度較低時熱敏電阻的阻值變大，加在熱敏電阻兩端的電壓也變大，當(dāng)此電壓超出運(yùn)算放大器正常工作電壓時，此時恒流源將不能正常工作。顯然低溫時恒流源工作電流不能太大，高溫時又要求恒流源工作電流不能太小。為了克服這對矛盾，我們將恒流源分為兩檔，分別為10μA和100μA。利用單片機(jī)控制繼電器可以實(shí)現(xiàn)兩檔恒流源的自動切換。當(dāng)溫度為100℃以下時使用10μA的恒流源，當(dāng)溫度為100℃以上時使用100μA的恒流源。這樣就相當(dāng)于提高了高溫時的靈敏度，從而可以提高溫度采集的精度，該方法既擴(kuò)大了控溫儀的控溫范圍，又保證了測量精度。
圖4為改進(jìn)后的恒流源電路圖?；鶞?zhǔn)采用的是LM285系列1．2V的穩(wěn)壓管，兩端接有濾波電容。NPN三極管的型號為9013。熱敏電阻是采用Wavelength公司生產(chǎn)的型號是MODEL TCS651的100K(25℃)熱敏電阻，性能優(yōu)良。繼電器兩端接有續(xù)流二極管用來避免電流關(guān)斷過程中對三極管造成損壞，同時降低了對系統(tǒng)的干擾。IN輸入端由單片機(jī)的I／O口控制，當(dāng)IN端為高電平時，三極管導(dǎo)通，電流由100μA切換到10μA。控溫模塊從OUT端采集熱敏電阻兩端的電壓，其兩端接有濾波電容。
編程過程中，我們將0℃～180℃對應(yīng)的熱敏電阻阻值放入數(shù)組中。模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7705將采集到的電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字變量。單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)熱敏電阻阻值的插值算法。對熱敏電阻阻值進(jìn)行查表計(jì)算，從而可以算出當(dāng)前的實(shí)際溫度。
4 結(jié)束語
將溫度控制系統(tǒng)和恒流源與我所自行研制的PID模塊相連。上電后系統(tǒng)的升降溫運(yùn)行良好。依據(jù)不同晶體的特性要求，采用相應(yīng)的溫度變化速率。保證了晶體工作環(huán)境的安全，有效地延長了晶體的壽命。
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