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，加熱時通過電阻絲及鋼管向外界傳熱，當(dāng)空氣不流動時，電熱管的熱量就散不出去，溫度會越來越高，嚴(yán)重時會燒毀電熱管，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、無明火、安全性好、發(fā)熱量較易調(diào)節(jié)、受電源電壓的波動影響小、升溫迅速等特點(diǎn)，因此，設(shè)計使用PTC熱敏電阻做加熱材料的恒溫加熱系統(tǒng)對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)計方案

　　本系統(tǒng)采用AT89C2051為控制核心，PTC熱敏電阻對加熱區(qū)域進(jìn)行加熱，數(shù)字溫度計DS18B20實時采集溫度，由外設(shè)鍵盤設(shè)定所要加熱溫度值的上限和下限， 通過實時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控制多路繼電器實現(xiàn)對多片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閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，15個I/O口線，2個16位定時/計數(shù)器，1個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，1個全雙工串行通信口，內(nèi)置1個精密比較器，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路[1]。

3.2 PTC熱敏電阻

　　PTC是英文Positive Temperature Coefficie-nt的縮寫，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)超過這個溫度時，PTC熱敏電阻的阻值急劇增大，發(fā)生阻值劇變的這個溫度，稱之為居里溫度，它是PTC熱敏電阻的一個重要技術(shù)指標(biāo)[2]。
圖2為PTC熱敏電阻的電流-時間特性。

3.3 數(shù)字溫度計DS18B20

　　DS18B20數(shù)字溫度計是DALLAS公司生產(chǎn)的1―Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點(diǎn)。測量溫度范圍為-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)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對AT89C2051單片機(jī)來說，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模擬單總線的協(xié)議時序來完成對DS18B20芯片的訪問。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機(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]。