恒溫培養箱智能溫控器的研制

目前我國舊冰箱已進(jìn)入了一個(gè)報廢高峰期。 據統計，全國電冰箱年均報廢４００萬(wàn)臺，大量廢舊冰箱的處理問(wèn)題已成為當今地球環(huán)境保護的熱點(diǎn)問(wèn)題。我校近幾年冰箱報廢的主要原因是制冷系統損壞，其箱體完好。許多實(shí)驗室需要恒溫培養箱進(jìn)行種子的發(fā)芽、組織細胞、微生物的培養等恒溫實(shí)驗。把廢舊冰箱改造成恒溫培養箱具有極其重要的實(shí)際意義。實(shí)驗室技術(shù)人員有責任對廢舊冰箱進(jìn)行合理利用。對廢舊冰箱進(jìn)行改造再利用是一種創(chuàng )新過(guò)程，需要利用高新技術(shù)并在技術(shù)性能等方面能達到甚至超過(guò)新品。在報廢冰箱改造為恒溫培養箱（簡(jiǎn)稱(chēng)恒溫箱）的實(shí)踐中，我利用單片機，通過(guò)精心優(yōu)化編程、巧妙設計電路，合理地利用單片機的軟硬件資源，解決了許多技術(shù)難題，研制了升降溫雙重控溫功能的智能高精度溫控器，并成功地應用于恒溫培養箱中，使其技術(shù)性能指標達到或超過(guò)了目前市場(chǎng)上恒溫培養箱的要求。1、控溫范圍：5-40℃ 2、溫度波動(dòng)：±0.2℃
報廢冰箱改造為恒溫培養箱，首先將冰箱的制冷系統拆除，拆除過(guò)程中注意保護好箱體，然后將溫控器、風(fēng)扇安裝在適當位置即可。恒溫培養箱既需要升溫也需要降溫，而目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的溫控器只具有升溫或降溫單一控制功能，控溫精度低，不能滿(mǎn)足恒溫培養箱對控溫的要求。研制一種升溫與降溫控制功能于一體且具有較高控溫精度的溫控器是報廢冰箱改造的關(guān)鍵技術(shù)。下面介紹自行研制的恒溫培養箱溫度控制器（簡(jiǎn)稱(chēng)溫控器）的工作原理。
1 工作原理
溫控器以8031單片機為核心器件，利用電接點(diǎn)水銀溫度計進(jìn)行溫度設置，通過(guò)對電接點(diǎn)水銀溫度計接通、斷開(kāi)周期的調控實(shí)現對恒溫培養箱溫度的控制。單片機對電接點(diǎn)水銀溫度計的通、斷狀態(tài)檢測后，自動(dòng)識別出升溫或降溫。當需要升溫時(shí)，采用電熱板加熱，單片機調控和雙向可控硅調功方式；當需要降溫時(shí)，采用半導體制冷器降溫，單片機調控方式?？販鼐冗_到了較高水平。
電路原理圖如圖1所示。該控制器主要由升、降溫自動(dòng)識別電路、升溫控制電路、降溫控制電路和溫度異常報警電路等組成。
1.1 升、降溫自動(dòng)識別電路
當需要升溫時(shí)，電接點(diǎn)水銀溫度計為斷開(kāi)狀態(tài)（WDJ不導通），運算放大器LM358（IC9B）的⑤腳為高電平，其⑥腳為R9與R11分壓后得到的2.5V固定電壓，此時(shí)⑤腳電位高于⑥腳電位，⑦腳輸出高電平。該高電平輸入到單片機IC1的12腳 。當需要降溫時(shí)，根據上述分析，單片機IC1的12腳為低電平。單片機IC1（8301）上電復位初始化后，首先從12腳讀入數據，由上述分析可知，若12腳輸入的數據為“1”,則說(shuō)明恒溫箱需要升溫，否則需要降溫。升溫時(shí)，單片機使P2端輸出高點(diǎn)平；降溫時(shí)，單片機使P2端輸出低電平。

1.2 升溫控制電路
由上述分析可知，當需要升溫時(shí)，IC9B的⑦腳輸出高電平。該高電平使與非門(mén)IC10B（74LS10）的③腳為高電平。同時(shí)IC9B的⑦腳輸出的高電平經(jīng)過(guò)非門(mén)IC7B使與非門(mén)IC10C的⑨腳為低電平，此低電平將與非門(mén)IC10C關(guān)閉，降溫電路不能工作。當單片機自動(dòng)識別出恒溫箱需要升溫時(shí)，將P2端置位（輸出高電平），P0端輸出占空比為1：1的方波，則IC10B的⑤腳為高電平，④腳為方波，其⑥腳輸出與⑤腳反相的方波，IC8得電工作，雙向可控硅SCR導通，電熱板開(kāi)始對恒溫箱進(jìn)行供熱。此時(shí)雖然IC10C的9腳變?yōu)楦唠娖?，但其?1）腳仍為低電平，所以與非門(mén)IC10C保持關(guān)閉狀態(tài)，降溫電路仍不能工作
當恒溫箱的溫度達到設定的溫度值時(shí)，WDJ導通，此時(shí)IC9B的⑤腳電位低于⑥腳電位，⑦腳輸出低電平，與非門(mén)IC10B被關(guān)閉，其⑥腳輸出高電平，IC8停止工作，電熱板停止加熱。與此同時(shí)，IC9B的⑦腳輸出的低電平同時(shí)送到IC1的中斷控制輸入引腳 端，其下降沿引起IC1中斷，外部中斷服務(wù)程度使IC1的內部定時(shí)器開(kāi)始計數。
電熱板停止加熱后，恒溫箱的溫度開(kāi)始下降，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，WDJ斷開(kāi)，根據上述分析可知，電熱板又開(kāi)始對控溫設備進(jìn)行加熱。當加熱到設定溫度值時(shí)，WDJ導通，使IC9的⑦腳再一次輸出低電平。根據前面的分析可知，此低電平一方面使電熱板停止加熱；另一方面其下降沿又一次引起IC1中斷，外部中斷服務(wù)程序使IC1內部定時(shí)器TO停止計數。并對WDJ的通、斷周期進(jìn)行分析判斷，根據不同情況置相應的標志位，然后中斷服務(wù)程序使IC1內部定時(shí)器TO開(kāi)始重新計數，并將本次WDJ的通、斷周期存儲起來(lái)，用來(lái)與下次通、斷周期相比較。IC1內部定時(shí)器TO工作于方式2，當