单片机温控箱设计

陈力生，付　辉

（四川省绵阳市涪城区西南科技大学，四川　绵阳　621000）

单片机温控箱设计

陈力生，付辉

（四川省绵阳市涪城区西南科技大学，四川绵阳621000）

【摘要】恒温箱作为一种常用而必备的器械已经广泛地渗入到生活、工业、农业、医疗等领域中，并发挥着不可替代的作用。用单片机对恒温箱的温度进行PID控制，控制改变过零比较后产生的PWM波的幅值和周期，使晶闸管的通断时间不断改变，控制白炽灯的亮灭以及亮灭的时间，来实现温度的变化。用按键来输入温度的给定值和给定时间，用液晶来显示当前温度，并且加入达到温度时的报警功能。温度信号是通过温度传感器DS18b20来传送的。

【关键词】PID控制； PWM波； DS18b20

1　总体方案设计

先将按键设置好的温度反馈入AT8952微控器中，并将采集到的温度信息传递给微控器进行处理，当温度没有达到预设值时，控制晶闸管的导通时间，此时控制了100W灯泡的亮度来产热。当达到预设值后装置开始报警，同时灯泡的亮度减弱，温度下降，由温度传感器将信息反馈回微控器进行处理。

2　各模块硬件电路设计

2.1AT8951程序下载和液晶

在AD中绘入复位电路，和晶振的相关电路。P0口接入排阻，上拉5V的电路，为驱动液晶作准备。同时绘制下载口，将USB下载口和STC下载口绘制于图中。AT8952是一种低功耗高性能微处理器，具有8K可编程的Flash存储器，具有P0、P1、P2、P3 I/O口，从数量和功能上完全满足要求。计数晶振采用12MHz，这样一个机器周期为1us有利于计数初值的计算。接了俩个小电容为33pF有助于提高晶振的稳定性。复位时间计算得2us。

2.2过零比较

此处外接变压器的+-6V和地，检测过零点，然后输入单片机INT0 ，过零后单片机中断延时，由于MOC3021在零点处不导通，因而需要避开这个零点位置，中断就是过零检测中波形处于零点的时间。避开这俩点处的时间，当电压处于正时，光耦被触发而导通，单片机来控制可控硅光耦MOC3021导通，隔离后控制双向可控硅。

2.3电源部分

用7805稳出的5V电压，此5V用在后级电路用以实现相关功能。如在MOC3041的电压驱动上，在液晶排阻的上拉电阻处，蜂鸣器的电压驱动上都要用到5V电压

2.4输出控制电路

该电路由MOC3021实现的，之前选用的MOC3041只能实现亮灭控制而不能产生灯泡的渐和渐灭。在温度的控制上没有3021理想。加热电路中采用MOC3023的目的是强弱电的隔离，在电路中是基于开关输入的设定控制指令及传感器的原理来控制电器的电源通断。

BTA16是双向晶闸管，当被电源控制电路的输出管脚送出的开关控制指令为高电平，MOC3023截止，BTA16截止，关掉电器；当电源控制电路送出的开关控制指令为低电平，MOC3023导通，BTA16导通电器被打开。

2.5按键部分

采用了5个按键，复位按键，换挡按键，加按键，减按键，确认按键。用来配合软件在按键处所要实现的功能。

2.6温度传感器部分

采用DS18b20来采集温度信息。多个DS18B20可以挂接于同一条单线总线上，可在不同的地方放置温度传感器，1-Wire总线支持一主多从式结构，硬件需外接上拉电阻。当一方完成数据通信需要释放总线时，只需将总线置高点平即可；若需要获得总线进行通信时则要监视总线是否空闲，若空闲，则置低电平获得总线控制权。

2.7报警模块

该电路采用一个小功率三极管Q1驱动蜂鸣器BELL,当单片机接收到超额温度信号或危险信号时,输出脚BELL输出高点平,Q1导通，致使蜂鸣器BELL得电工作，发出报警声。同时，电路中的发光二极管指示出电路的工作状态。

3　各软件模块分析

3.1按键部分

通电后，单片机启动信号并且只接受设定的温度，同时系统引入键盘管理模式。如果检测到有键闭合应该先去除抖动，采用软件延时，一段时间过后，确认按键是否有闭合，然后将设定好的值送入预置温度缓存区，并调用温度判断检测报警程序，当设定温度超过最大值时就会报警，最后启动按键闭合时启动加热。

3.2液晶显示

显示子程序的功能是将缓冲区的二进制数据先转换成3个BCD码，再将其分别存入百位、十位、个位3个显示缓冲区，送往串行口，利用单片机的P0口进行扫描，让数据动态的在1602上显示出来，可显示设置温度和测量温度。

3.3控制模块

温度控制子程序流程，将预置温度和当前温度比较，设定温度大于当前温度是，开启电热器；当设定温度小于当前温度是，关闭电热器；两者相同时，电热器保持这一状态。

3.4温度警模块

根据设计要求，当检测到当前温度值高于设定温度值时报警，报警的同时让灯泡的亮度渐渐变暗使得温度降低。为了防止误报，设置了报警允许标志，只有在允许报警的情况下，温度值高于设定温度值时才报警。

3.5中断程序与主程序

中断程序用于报警、检测温度和控制；主程序主要是完成系统初始化，显示预置温度及设置定时器0

【参考文献】

[1]王兆安,黄俊.电力电子技术(卷四) [M].北京：机械工业出版社,2009.6

[2]张华林,周小方.电子设计竞赛实训教程 [M].北京：北京航空航天大学出版,2007.7： 38-42

[3]张俊谟.单片机中级教程(卷二) [M]北京：北京航空航天大学出版社,2008.6附录

[4]任文辉,林智群,彭沛夫.用单片机对实验室恒温控制系统的设计.大学物理,2005,05：42-45.

【作者简介】

陈力生（1994-），汉族 ，四川省雅安市石棉县 ，本科 ，研究方向：电气工程