电烘箱温度控制器设计

摘要：针对电烘箱温度稳定控制的重要性，设计了对电烘箱温度进行自动控制的电路。该电路采用AT89S51单片机控制，采用数字式温度传感器DS18B20对温度进行监测，由继电器对加热丝电流进行通断控制，使电烘箱温度控制在恒定值。

关键字：电烘箱；温度控制；单片机

1 引言

温度是一个基本的物理常量，是工业对象的主要被控参数之一。在冶金、化工、机械、食品等各类工业中，广泛使用这种加热炉、烘箱、恒温箱等，他们均需要对温度进行相应的控制。利用所学知识，应用电路仿真的软件设计一个电烘箱的温度测试及控制器，经过软件编程及硬件调试，使其具有温度测量及控制的作用，达到准确而迅速按所定要求进行温度控制的目的。

2 系统设计框架

设计以AT89S51单片机为核心研制的一种电烘箱温度控制器。采用数字式温度传感器DS18B20对温度进行监测，由继电器对加热丝电流进行通断控制，使电烘箱温度控制在恒定值。

3 系统硬件设计

3.1 单片机控制系统

电烘箱温度控制器以单片机为控制中心，AT89S51单片机作为本设计的核心控制器件，它是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

3.2 温度传感器测量电路

在本设计中，采用美国Dallas半导体公司继DS1820之后推出的一种改进智能温度传感器DS18B20作为温度检测元件，测温范围为-55～125℃，最大分辨率可达0.0625℃。

3.3 显示模块电路

液晶显示模块不仅显示直观方便，而且与单片机连线方便，无需驱动电路，占用口线也相对与LED数码管减少许多，其连接电路如图3所示。

3.4 继电器驱动电路

继电器用于控制加热丝电流的通断具有价格低廉，控制灵活方便，驱动简单的优点。本设计中继电器的驱动电路如图4所示。三极管基极为高电平时三极管导通，继电器线圈通过电流，触电从4脚切换到5脚，使加热丝通以电流，并可使LED阴极为低电平，LED点亮，作为电热丝加热状态指示。

3.5 键盘电路

本次设计即采用多功能键的设计方法，节省了按钮数量，简化硬件线路，缩小了系统规模，只是编程变得更复杂些。本次设计键盘电路如图5所示。

由于采用复合式键盘设计的方法，一个按钮具有多个功能，如BUT4及BUT5即可对设定温度值进行加数或减数，又可对设定保温时间进行加数或减数操作。这样就减少了按钮数量，缩小了系统规模，操作也更灵活简单。

4 系统软件设计

4.1 液晶模块LCD1602驱动程序设计

由于MPU 可以直接访问模块内部的IR 和DR，作为缓冲区域，IR 和DR 在模块进行内部操作之前，可以暂存来自MPU 的控制信息。这样就给用户在MPU 和外围控制设备的选择上，增加了余地。模块的内部操作由来自MPU的RS、R/W、E 以及数据信号DB决定，这些信号的组合形成了模块的指令。

4.2 温度传感器DS18B20驱动程序设计

根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位操作，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500us，然后释放，当DS18B20收到信号后等待16～60us左右，后发出60～240us的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。

4.3 键盘驱动程序设计

键盘的工作过程可以分两步：第一步是CPU首先检测键盘上是否有键按下；第二步是再识别是哪个键按下，其程序流程图如图8所示。

4.4 总体控制程序设计

主程序main函数在烘箱温度控制系统中起着主要的控制作用。在进入main函数后，首先对寄存器进行初始化，然后进入while循环，循环执行某些程序并等待中断。

5 结论

本设计控制温度范围为-55℃～125℃，控制精度为1℃。通过按钮可设定电烘箱保温温度，保温时间（从00：00到99：59可任意设定）。在保温时间内，温度超过设定温度的一定范围（可选择±1℃、±2℃、±3℃、±4℃）则继电器工作，加热丝电路接通或断开，即加热或停止加热。保温时间到则断开继电器，停止加热。

经过电路设计、程序调试及Proteus仿真运行，此电路工作较为稳定，控制方便及时，精度较高，满足对电烘箱温度控制的要求。

参考文献

[1]刘文涛.单片机应用开发实例.北京：清华大学出社，2005，9

[2]彭为.单片机典型系统设计实例精讲.北京：电子工业出版社，1998.133-142

[3]赵茂泰.智能仪器原理及应用.北京：电子工业出版社，2004，58-69

作者简介

宋春霖，男，西南石油大学电气信息学院测控技术与仪器2009级学生，主要从事测控技术与仪表方面的研究工作。