陳力生，付　輝

（四川省綿陽市涪城區(qū)西南科技大學(xué)，四川　綿陽　621000）

單片機(jī)溫控箱設(shè)計(jì)

陳力生，付輝

（四川省綿陽市涪城區(qū)西南科技大學(xué)，四川綿陽621000）

【摘要】恒溫箱作為一種常用而必備的器械已經(jīng)廣泛地滲入到生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域中，并發(fā)揮著不可替代的作用。用單片機(jī)對恒溫箱的溫度進(jìn)行PID控制，控制改變過零比較后產(chǎn)生的PWM波的幅值和周期，使晶閘管的通斷時(shí)間不斷改變，控制白熾燈的亮滅以及亮滅的時(shí)間，來實(shí)現(xiàn)溫度的變化。用按鍵來輸入溫度的給定值和給定時(shí)間，用液晶來顯示當(dāng)前溫度，并且加入達(dá)到溫度時(shí)的報(bào)警功能。溫度信號是通過溫度傳感器DS18b20來傳送的。

【關(guān)鍵詞】PID控制； PWM波； DS18b20

1　總體方案設(shè)計(jì)

先將按鍵設(shè)置好的溫度反饋入AT8952微控器中，并將采集到的溫度信息傳遞給微控器進(jìn)行處理，當(dāng)溫度沒有達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，控制晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，此時(shí)控制了100W燈泡的亮度來產(chǎn)熱。當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)值后裝置開始報(bào)警，同時(shí)燈泡的亮度減弱，溫度下降，由溫度傳感器將信息反饋回微控器進(jìn)行處理。

2　各模塊硬件電路設(shè)計(jì)

2.1AT8951程序下載和液晶

在AD中繪入復(fù)位電路，和晶振的相關(guān)電路。P0口接入排阻，上拉5V的電路，為驅(qū)動液晶作準(zhǔn)備。同時(shí)繪制下載口，將USB下載口和STC下載口繪制于圖中。AT8952是一種低功耗高性能微處理器，具有8K可編程的Flash存儲器，具有P0、P1、P2、P3 I/O口，從數(shù)量和功能上完全滿足要求。計(jì)數(shù)晶振采用12MHz，這樣一個(gè)機(jī)器周期為1us有利于計(jì)數(shù)初值的計(jì)算。接了倆個(gè)小電容為33pF有助于提高晶振的穩(wěn)定性。復(fù)位時(shí)間計(jì)算得2us。

2.2過零比較

此處外接變壓器的+-6V和地，檢測過零點(diǎn)，然后輸入單片機(jī)INT0 ，過零后單片機(jī)中斷延時(shí)，由于MOC3021在零點(diǎn)處不導(dǎo)通，因而需要避開這個(gè)零點(diǎn)位置，中斷就是過零檢測中波形處于零點(diǎn)的時(shí)間。避開這倆點(diǎn)處的時(shí)間，當(dāng)電壓處于正時(shí)，光耦被觸發(fā)而導(dǎo)通，單片機(jī)來控制可控硅光耦MOC3021導(dǎo)通，隔離后控制雙向可控硅。

2.3電源部分

用7805穩(wěn)出的5V電壓，此5V用在后級電路用以實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。如在MOC3041的電壓驅(qū)動上，在液晶排阻的上拉電阻處，蜂鳴器的電壓驅(qū)動上都要用到5V電壓

2.4輸出控制電路

該電路由MOC3021實(shí)現(xiàn)的，之前選用的MOC3041只能實(shí)現(xiàn)亮滅控制而不能產(chǎn)生燈泡的漸和漸滅。在溫度的控制上沒有3021理想。加熱電路中采用MOC3023的目的是強(qiáng)弱電的隔離，在電路中是基于開關(guān)輸入的設(shè)定控制指令及傳感器的原理來控制電器的電源通斷。

BTA16是雙向晶閘管，當(dāng)被電源控制電路的輸出管腳送出的開關(guān)控制指令為高電平，MOC3023截止，BTA16截止，關(guān)掉電器；當(dāng)電源控制電路送出的開關(guān)控制指令為低電平，MOC3023導(dǎo)通，BTA16導(dǎo)通電器被打開。

2.5按鍵部分

采用了5個(gè)按鍵，復(fù)位按鍵，換擋按鍵，加按鍵，減按鍵，確認(rèn)按鍵。用來配合軟件在按鍵處所要實(shí)現(xiàn)的功能。

2.6溫度傳感器部分

采用DS18b20來采集溫度信息。多個(gè)DS18B20可以掛接于同一條單線總線上，可在不同的地方放置溫度傳感器，1-Wire總線支持一主多從式結(jié)構(gòu)，硬件需外接上拉電阻。當(dāng)一方完成數(shù)據(jù)通信需要釋放總線時(shí)，只需將總線置高點(diǎn)平即可；若需要獲得總線進(jìn)行通信時(shí)則要監(jiān)視總線是否空閑，若空閑，則置低電平獲得總線控制權(quán)。

2.7報(bào)警模塊

該電路采用一個(gè)小功率三極管Q1驅(qū)動蜂鳴器BELL,當(dāng)單片機(jī)接收到超額溫度信號或危險(xiǎn)信號時(shí),輸出腳BELL輸出高點(diǎn)平,Q1導(dǎo)通，致使蜂鳴器BELL得電工作，發(fā)出報(bào)警聲。同時(shí)，電路中的發(fā)光二極管指示出電路的工作狀態(tài)。

3　各軟件模塊分析

3.1按鍵部分

通電后，單片機(jī)啟動信號并且只接受設(shè)定的溫度，同時(shí)系統(tǒng)引入鍵盤管理模式。如果檢測到有鍵閉合應(yīng)該先去除抖動，采用軟件延時(shí)，一段時(shí)間過后，確認(rèn)按鍵是否有閉合，然后將設(shè)定好的值送入預(yù)置溫度緩存區(qū)，并調(diào)用溫度判斷檢測報(bào)警程序，當(dāng)設(shè)定溫度超過最大值時(shí)就會報(bào)警，最后啟動按鍵閉合時(shí)啟動加熱。

3.2液晶顯示

顯示子程序的功能是將緩沖區(qū)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)先轉(zhuǎn)換成3個(gè)BCD碼，再將其分別存入百位、十位、個(gè)位3個(gè)顯示緩沖區(qū)，送往串行口，利用單片機(jī)的P0口進(jìn)行掃描，讓數(shù)據(jù)動態(tài)的在1602上顯示出來，可顯示設(shè)置溫度和測量溫度。

3.3控制模塊

溫度控制子程序流程，將預(yù)置溫度和當(dāng)前溫度比較，設(shè)定溫度大于當(dāng)前溫度是，開啟電熱器；當(dāng)設(shè)定溫度小于當(dāng)前溫度是，關(guān)閉電熱器；兩者相同時(shí)，電熱器保持這一狀態(tài)。

3.4溫度警模塊

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，當(dāng)檢測到當(dāng)前溫度值高于設(shè)定溫度值時(shí)報(bào)警，報(bào)警的同時(shí)讓燈泡的亮度漸漸變暗使得溫度降低。為了防止誤報(bào)，設(shè)置了報(bào)警允許標(biāo)志，只有在允許報(bào)警的情況下，溫度值高于設(shè)定溫度值時(shí)才報(bào)警。

3.5中斷程序與主程序

中斷程序用于報(bào)警、檢測溫度和控制；主程序主要是完成系統(tǒng)初始化，顯示預(yù)置溫度及設(shè)置定時(shí)器0

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【作者簡介】

陳力生（1994-），漢族 ，四川省雅安市石棉縣 ，本科 ，研究方向：電氣工程