恒溫培養箱智能溫控器的研制

1.3 降溫控制電路
由上述分析可知，當需要降溫時(shí)，IC9B的⑦腳輸出低電平。該低電平經(jīng)過(guò)非門(mén)IC7B反相后使與非門(mén)IC10C（74LS10）的⑨腳為高電平。同時(shí)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(mén)IC10B關(guān)閉，升溫電路不能工作。單片機自動(dòng)識別出恒溫箱需要降溫時(shí)，將P2端復位（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(guò)IC7A反相后輸入到IC10C的（11）腳，使與非門(mén)IC10C的（8）腳輸出方波。三極管9013、大功率場(chǎng)效應管Q1隨方波斷續工作，半導體制冷器得電工作，恒溫箱開(kāi)始降溫。
當恒溫箱的溫度降到設定的溫度值時(shí)，WDJ斷開(kāi)，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(shí)恒溫箱仍處于降溫工作狀態(tài)，單片機的P2端為低電平，此低電平將與非門(mén)IC10B關(guān)閉。電熱板不能工作。半導體制冷器停止制冷后，恒溫箱的溫度開(kāi)始上升，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，WDJ導通，根據上述分析可知，半導體制冷器又開(kāi)始對恒溫培養箱進(jìn)行降溫。以后的降溫控溫過(guò)程與升溫控溫過(guò)程相似，其不同點(diǎn)是降溫控溫電路用單片機P0端輸出的調整后的方波控制半導體制冷器的工作時(shí)間。最后恒溫箱從外界吸收的熱量與半導體制冷器從箱內吸收的熱量基本達到動(dòng)態(tài)平衡，從而使控制精度達到較高水平。
1.4 溫度異常報警電路
控溫電路正常工作時(shí)，電接點(diǎn)水銀溫度計的通、斷周期一般為數十秒。若升、降溫控制電路發(fā)生故障，此周期必然發(fā)生異常。根據恒溫箱體積的大小設定周期的上限值（在計時(shí)程序中設定）。當該周期超過(guò)上限值時(shí)，單片機的P3端輸出低電平，經(jīng)IC7F反相后使三極管Q2飽和導通，自帶音源微型直流音響器SP得電工作，發(fā)出報警聲。
2 軟件設計
該控制軟件由主程序、外部中斷服務(wù)程序、內部定時(shí)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 可靠性設計
該溫控器對電熱板和半導體制冷器這些升、降溫元件的控制采用可控硅和場(chǎng)效應管等半導體器件，改變了用繼電器控溫的傳統做法，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)的微處理器監控電路，當程序跑飛后，在1.6s內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被復位,有效地防止了程序跑飛后而造成溫度失控的現象。
程序設計中,在未使用的中斷入口處和程序存儲器的空白區的適當地方加入了軟件陷井,可有效地防止程序跑飛。
升、降溫誤判的自動(dòng)糾正。當單片機處于升溫狀態(tài)且剛剛達到預定溫度而停機，正好此時(shí)停電且又突然來(lái)電，此時(shí)單片機將重新啟動(dòng)并誤判恒溫箱應處于降溫狀態(tài)。同理當單片機處于降溫狀態(tài)時(shí)也有類(lèi)似情況。單片機能夠對此誤判自動(dòng)進(jìn)行糾正。其做法是單片機復位后，根據檢測的升、降溫狀態(tài)自動(dòng)控制升、降溫設備工作。若數分鐘（根據箱體容積大小由軟件設定）內電接點(diǎn)水銀溫度計的狀態(tài)未發(fā)生變化，則說(shuō)明升、降溫判別有誤，單片機隨即改變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，輸出部分相當于一個(gè)帶有過(guò)零檢測器的光敏開(kāi)關(guān)。當發(fā)光二極管通過(guò)5～15ｍＡ的正向電流時(shí)，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(shí)才導通。
MAX705：該器件具有上電、掉電狀態(tài)下的復位和看門(mén)狗輸出功能。當看門(mén)狗輸入端WDI維持高電平、低電平時(shí)間達1.6s時(shí)，其內部WATCHDOG定時(shí)器則被清零。當上電、掉電時(shí)，RESET端會(huì )輸出一個(gè)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，用來(lái)設置恒溫箱的控制溫度值。
SCR：雙向可控硅SCR可根據負載功率大小選擇額定電流，其耐壓應大于600Ｖ。
Q1：Q1為IRF9Z30型大功率MOS管，使用時(shí)應加散熱片。
電熱板：根據箱體大小選購適當功率的電熱板。
半導體制冷器：選用洛陽(yáng)市夏林電子電器廠(chǎng)生產(chǎn)的TECI-7103型半導體制冷器。該制冷器的最大溫差是67℃
5 結束語(yǔ)
本文作者創(chuàng )新點(diǎn)是研制了基于單片機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(dòng)化程度高，控溫誤差小，可靠性好。將其應用于由報廢冰箱改造的恒溫培養箱中，測試表明，控溫效果良好。