電烘箱溫度控制器設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)電烘箱溫度穩(wěn)定控制的重要性，設(shè)計(jì)了對(duì)電烘箱溫度進(jìn)行自動(dòng)控制的電路。該電路采用AT89S51單片機(jī)控制，采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由繼電器對(duì)加熱絲電流進(jìn)行通斷控制，使電烘箱溫度控制在恒定值。

關(guān)鍵字：電烘箱；溫度控制；單片機(jī)

1 引言

溫度是一個(gè)基本的物理常量，是工業(yè)對(duì)象的主要被控參數(shù)之一。在冶金、化工、機(jī)械、食品等各類工業(yè)中，廣泛使用這種加熱爐、烘箱、恒溫箱等，他們均需要對(duì)溫度進(jìn)行相應(yīng)的控制。利用所學(xué)知識(shí)，應(yīng)用電路仿真的軟件設(shè)計(jì)一個(gè)電烘箱的溫度測(cè)試及控制器，經(jīng)過(guò)軟件編程及硬件調(diào)試，使其具有溫度測(cè)量及控制的作用，達(dá)到準(zhǔn)確而迅速按所定要求進(jìn)行溫度控制的目的。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架

設(shè)計(jì)以AT89S51單片機(jī)為核心研制的一種電烘箱溫度控制器。采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由繼電器對(duì)加熱絲電流進(jìn)行通斷控制，使電烘箱溫度控制在恒定值。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 單片機(jī)控制系統(tǒng)

電烘箱溫度控制器以單片機(jī)為控制中心，AT89S51單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的核心控制器件，它是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。

3.2 溫度傳感器測(cè)量電路

在本設(shè)計(jì)中，采用美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司繼DS1820之后推出的一種改進(jìn)智能溫度傳感器DS18B20作為溫度檢測(cè)元件，測(cè)溫范圍為-55～125℃，最大分辨率可達(dá)0.0625℃。

3.3 顯示模塊電路

液晶顯示模塊不僅顯示直觀方便，而且與單片機(jī)連線方便，無(wú)需驅(qū)動(dòng)電路，占用口線也相對(duì)與LED數(shù)碼管減少許多，其連接電路如圖3所示。

3.4 繼電器驅(qū)動(dòng)電路

繼電器用于控制加熱絲電流的通斷具有價(jià)格低廉，控制靈活方便，驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中繼電器的驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示。三極管基極為高電平時(shí)三極管導(dǎo)通，繼電器線圈通過(guò)電流，觸電從4腳切換到5腳，使加熱絲通以電流，并可使LED陰極為低電平，LED點(diǎn)亮，作為電熱絲加熱狀態(tài)指示。

3.5 鍵盤電路

本次設(shè)計(jì)即采用多功能鍵的設(shè)計(jì)方法，節(jié)省了按鈕數(shù)量，簡(jiǎn)化硬件線路，縮小了系統(tǒng)規(guī)模，只是編程變得更復(fù)雜些。本次設(shè)計(jì)鍵盤電路如圖5所示。

由于采用復(fù)合式鍵盤設(shè)計(jì)的方法，一個(gè)按鈕具有多個(gè)功能，如BUT4及BUT5即可對(duì)設(shè)定溫度值進(jìn)行加數(shù)或減數(shù)，又可對(duì)設(shè)定保溫時(shí)間進(jìn)行加數(shù)或減數(shù)操作。這樣就減少了按鈕數(shù)量，縮小了系統(tǒng)規(guī)模，操作也更靈活簡(jiǎn)單。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 液晶模塊LCD1602驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

由于MPU 可以直接訪問(wèn)模塊內(nèi)部的IR 和DR，作為緩沖區(qū)域，IR 和DR 在模塊進(jìn)行內(nèi)部操作之前，可以暫存來(lái)自MPU 的控制信息。這樣就給用戶在MPU 和外圍控制設(shè)備的選擇上，增加了余地。模塊的內(nèi)部操作由來(lái)自MPU的RS、R/W、E 以及數(shù)據(jù)信號(hào)DB決定，這些信號(hào)的組合形成了模塊的指令。

4.2 溫度傳感器DS18B20驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500us，然后釋放，當(dāng)DS18B20收到信號(hào)后等待16～60us左右，后發(fā)出60～240us的存在低脈沖，主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。

4.3 鍵盤驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

鍵盤的工作過(guò)程可以分兩步：第一步是CPU首先檢測(cè)鍵盤上是否有鍵按下；第二步是再識(shí)別是哪個(gè)鍵按下，其程序流程圖如圖8所示。

4.4 總體控制程序設(shè)計(jì)

主程序main函數(shù)在烘箱溫度控制系統(tǒng)中起著主要的控制作用。在進(jìn)入main函數(shù)后，首先對(duì)寄存器進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入while循環(huán)，循環(huán)執(zhí)行某些程序并等待中斷。

5 結(jié)論

本設(shè)計(jì)控制溫度范圍為-55℃～125℃，控制精度為1℃。通過(guò)按鈕可設(shè)定電烘箱保溫溫度，保溫時(shí)間（從00：00到99：59可任意設(shè)定）。在保溫時(shí)間內(nèi)，溫度超過(guò)設(shè)定溫度的一定范圍（可選擇±1℃、±2℃、±3℃、±4℃）則繼電器工作，加熱絲電路接通或斷開(kāi)，即加熱或停止加熱。保溫時(shí)間到則斷開(kāi)繼電器，停止加熱。

經(jīng)過(guò)電路設(shè)計(jì)、程序調(diào)試及Proteus仿真運(yùn)行，此電路工作較為穩(wěn)定，控制方便及時(shí)，精度較高，滿足對(duì)電烘箱溫度控制的要求。

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作者簡(jiǎn)介

宋春霖，男，西南石油大學(xué)電氣信息學(xué)院測(cè)控技術(shù)與儀器2009級(jí)學(xué)生，主要從事測(cè)控技術(shù)與儀表方面的研究工作。