恒溫培養(yǎng)箱智能溫控器的研制

1.3 降溫控制電路
由上述分析可知，當(dāng)需要降溫時，IC9B的⑦腳輸出低電平。該低電平經(jīng)過非門IC7B反相后使與非門IC10C（74LS10）的⑨腳為高電平。同時IC9B的⑦腳輸出的低電平使IC10B的③腳為低電平，此低電平將與非門IC10B關(guān)閉，升溫電路不能工作。單片機(jī)自動識別出恒溫箱需要降溫時，將P2端復(fù)位（輸出低電平），P0端輸出占空比為1：1的方波，P2端輸出的低電平經(jīng)過IC7A反相后輸入到IC10C的（11）腳，使與非門IC10C的（8）腳輸出方波。三極管9013、大功率場效應(yīng)管Q1隨方波斷續(xù)工作，半導(dǎo)體制冷器得電工作，恒溫箱開始降溫。
當(dāng)恒溫箱的溫度降到設(shè)定的溫度值時，WDJ斷開，由上述對升溫電路的分析可知，降溫電路停止工作。但由于此時恒溫箱仍處于降溫工作狀態(tài)，單片機(jī)的P2端為低電平，此低電平將與非門IC10B關(guān)閉。電熱板不能工作。半導(dǎo)體制冷器停止制冷后，恒溫箱的溫度開始上升，經(jīng)過一段時間后，WDJ導(dǎo)通，根據(jù)上述分析可知，半導(dǎo)體制冷器又開始對恒溫培養(yǎng)箱進(jìn)行降溫。以后的降溫控溫過程與升溫控溫過程相似，其不同點(diǎn)是降溫控溫電路用單片機(jī)P0端輸出的調(diào)整后的方波控制半導(dǎo)體制冷器的工作時間。最后恒溫箱從外界吸收的熱量與半導(dǎo)體制冷器從箱內(nèi)吸收的熱量基本達(dá)到動態(tài)平衡，從而使控制精度達(dá)到較高水平。
1.4 溫度異常報(bào)警電路
控溫電路正常工作時，電接點(diǎn)水銀溫度計(jì)的通、斷周期一般為數(shù)十秒。若升、降溫控制電路發(fā)生故障，此周期必然發(fā)生異常。根據(jù)恒溫箱體積的大小設(shè)定周期的上限值（在計(jì)時程序中設(shè)定）。當(dāng)該周期超過上限值時，單片機(jī)的P3端輸出低電平，經(jīng)IC7F反相后使三極管Q2飽和導(dǎo)通，自帶音源微型直流音響器SP得電工作，發(fā)出報(bào)警聲。
2 軟件設(shè)計(jì)
該控制軟件由主程序、外部中斷服務(wù)程序、內(nèi)部定時器中斷服務(wù)程序等三部分組成。各程序的流程圖如圖2所示。
3 可靠性設(shè)計(jì)
該溫控器對電熱板和半導(dǎo)體制冷器這些升、降溫元件的控制采用可控硅和場效應(yīng)管等半導(dǎo)體器件，改變了用繼電器控溫的傳統(tǒng)做法，消除了繼電器觸點(diǎn)容易氧化而接觸不良易造成溫度失控的弊端。
采用了MAX公司生產(chǎn)的微處理器監(jiān)控電路，當(dāng)程序跑飛后，在1.6s內(nèi)WDI端得不到脈沖信號,WDO端輸出低電平,使IC10A的（12）腳輸出高電平,IC1被復(fù)位,有效地防止了程序跑飛后而造成溫度失控的現(xiàn)象。
程序設(shè)計(jì)中,在未使用的中斷入口處和程序存儲器的空白區(qū)的適當(dāng)?shù)胤郊尤肓塑浖菥?可有效地防止程序跑飛。
升、降溫誤判的自動糾正。當(dāng)單片機(jī)處于升溫狀態(tài)且剛剛達(dá)到預(yù)定溫度而停機(jī)，正好此時停電且又突然來電，此時單片機(jī)將重新啟動并誤判恒溫箱應(yīng)處于降溫狀態(tài)。同理當(dāng)單片機(jī)處于降溫狀態(tài)時也有類似情況。單片機(jī)能夠?qū)Υ苏`判自動進(jìn)行糾正。其做法是單片機(jī)復(fù)位后，根據(jù)檢測的升、降溫狀態(tài)自動控制升、降溫設(shè)備工作。若數(shù)分鐘（根據(jù)箱體容積大小由軟件設(shè)定）內(nèi)電接點(diǎn)水銀溫度計(jì)的狀態(tài)未發(fā)生變化，則說明升、降溫判別有誤，單片機(jī)隨即改變P2端的電平，從而改變了升、降溫的狀態(tài)。
4 元件選擇
MOC3042：該器件的輸入部分是一只砷化鎵發(fā)光二極管，輸出部分相當(dāng)于一個帶有過零檢測器的光敏開關(guān)。當(dāng)發(fā)光二極管通過5～15ｍＡ的正向電流時，發(fā)出紅外光，而輸出部分只有受到紅外光照射，并且輸出端電壓接近零時才導(dǎo)通。
MAX705：該器件具有上電、掉電狀態(tài)下的復(fù)位和看門狗輸出功能。當(dāng)看門狗輸入端WDI維持高電平、低電平時間達(dá)1.6s時，其內(nèi)部WATCHDOG定時器則被清零。當(dāng)上電、掉電時，RESET端會輸出一個200ms低脈沖。
SP：SP為YMD-12015-05型自帶音源微型直流音響器。
WDJ：WDJ為電接點(diǎn)水銀溫度計(jì)，用來設(shè)置恒溫箱的控制溫度值。
SCR：雙向可控硅SCR可根據(jù)負(fù)載功率大小選擇額定電流，其耐壓應(yīng)大于600Ｖ。
Q1：Q1為IRF9Z30型大功率MOS管，使用時應(yīng)加散熱片。
電熱板：根據(jù)箱體大小選購適當(dāng)功率的電熱板。
半導(dǎo)體制冷器：選用洛陽市夏林電子電器廠生產(chǎn)的TECI-7103型半導(dǎo)體制冷器。該制冷器的最大溫差是67℃
5 結(jié)束語
本文作者創(chuàng)新點(diǎn)是研制了基于單片機(jī)的升溫與降溫雙重高精度控溫功能的智能溫控器。該溫控器自動化程度高，控溫誤差小，可靠性好。將其應(yīng)用于由報(bào)廢冰箱改造的恒溫培養(yǎng)箱中，測試表明，控溫效果良好。