制作單片機恒溫箱的溫控系統(tǒng)的方法解析

本設(shè)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(shè)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(shè)計、硬件電路、軟件設(shè)計、故障排除以及系統(tǒng)調(diào)試等內(nèi)容。

系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)有：(1)恒定溫度值設(shè)定范圍：20-50℃,最小區(qū)分度：1℃;f 2)數(shù)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(fēng)扇冷卻，環(huán)境溫度高于20℃.恒溫下限相應(yīng)上移。

一、系統(tǒng)方案設(shè)計

本系統(tǒng)是基于經(jīng)典C51系列單片機的應(yīng)用開發(fā)，集環(huán)境溫度的信號采集、數(shù)據(jù)的處理及溫度的保持控制等等為一體的數(shù)字控制系統(tǒng)。同時，該系統(tǒng)設(shè)計有友好的人機交互界面以及簡易的設(shè)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(shè)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(shè)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(shù)字溫度傳感器DSl8820,無需接A,D轉(zhuǎn)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(guān);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(fēng)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(guān)，實現(xiàn)恒溫溫度的可調(diào)設(shè)置功能;三位一體的數(shù)碼管實時顯示當(dāng)前容器的溫度值，簡易低廉，實現(xiàn)了人機交互界面之目標(biāo)。

三、硬件電路設(shè)計

依據(jù)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(jīng)整流濾波，接入穩(wěn)壓芯片7805轉(zhuǎn)變?yōu)?V直流電壓(VCC)以供給MCU及其外設(shè)系統(tǒng)使用。

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

3、加熱模塊。主要根據(jù)設(shè)定恒溫值與采樣溫度值的比較結(jié)果進行工作。即，采樣溫度值大于設(shè)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(shè)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(wù)是：

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

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

(3)采集溫度并處理數(shù)據(jù)。主要對DSl8820復(fù)位并讀取數(shù)值，對所得數(shù)據(jù)作相關(guān)處理并最終轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)以便于數(shù)碼管顯示。

圖3主程序流程圖