制作單片機恒溫箱的溫控系統的方法解析

本設計的主要原理是，單片機實(shí)時(shí)地將溫度傳感器所采集的溫度值與所設定的恒溫值進(jìn)行比較和處理。從而監控并保持樣品容器箱的溫度值。本文給出了該系統的方案設計、硬件電路、軟件設計、故障排除以及系統調試等內容。

系統的主要性能指標有：(1)恒定溫度值設定范圍：20-50℃,最小區分度：1℃;f 2)數碼管顯示實(shí)際溫度值，顯示范圍：0-99℃;最小區分度：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℃.恒溫下限相應上移。

一、系統方案設計

本系統是基于經(jīng)典C51系列單片機的應用開(kāi)發(fā)，集環(huán)境溫度的信號采集、數據的處理及溫度的保持控制等等為一體的數字控制系統。同時(shí)，該系統設計有友好的人機交互界面以及簡(jiǎn)易的設置按鍵。

系統由如下功能模塊組成：MCU模塊，顯示模塊。電源模塊，按鍵設置模塊，溫度采集模塊。

冷卻模塊以及加熱模塊。系統方案框圖如圖1所示。

圖1系統方案框

二、元器件選擇

本設計的MCU采用sTC89C52單片機;考慮到節省器件使用的需要。溫度傳感器則采用單總線(xiàn)制的數字溫度傳感器DSl8820,無(wú)需接A,D轉換器，采樣值可直接送單片機處理，簡(jiǎn)易方便;系統采用普通單刀繼電器HK4100F作為控制開(kāi)關(guān);兩個(gè)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(kāi)關(guān)，實(shí)現恒溫溫度的可調設置功能;三位一體的數碼管實(shí)時(shí)顯示當前容器的溫度值，簡(jiǎn)易低廉，實(shí)現了人機交互界面之目標。

三、硬件電路設計

依據系統方案，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，接入穩壓芯片7805轉變?yōu)?V直流電壓(VCC)以供給MCU及其外設系統使用。

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

3、加熱模塊。主要根據設定恒溫值與采樣溫度值的比較結果進(jìn)行工作。即，采樣溫度值大于設定值時(shí)。繼電器閉合并接通水泥電阻加熱，否則斷開(kāi)。

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、系統軟件設計

1、系統軟件概述，如圖3所示，系統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。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。設置按鍵是否按下.若按下。則轉入設置處理。并定時(shí)10S,若10S后仍然沒(méi)有按鍵按下，則跳出設置處理。

(3)采集溫度并處理數據。主要對DSl8820復位并讀取數值，對所得數據作相關(guān)處理并最終轉換為十進(jìn)制數以便于數碼管顯示。

圖3主程序流程圖