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  作者：鄭曉敏

   隨著現(xiàn)代化技術(shù)的革新，各種控制方式和技術(shù)以及芯片的精確度均有很大地提升，使得恒溫控制系統(tǒng)的控制精確度和實(shí)用性有了很大的提高。本文設(shè)計(jì)了以STC89C51單片機(jī)為處理器的恒溫控制系統(tǒng)，并給出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)同類(lèi)型的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

  1  總體方案設(shè)計(jì)

恒溫控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。

    控制器采用深圳宏晶公司生產(chǎn)的STC89C52單片機(jī)作為CPU，整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)、穩(wěn)壓電路、加熱電路、溫度讀取電路、顯示電路等組成。12 V的電源通過(guò)穩(wěn)壓電路給控制芯片提供SV的電壓，控制芯片對(duì)DS18 820溫度傳感器中的溫度值進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取、轉(zhuǎn)換、顯示，以bang-bang控制方式調(diào)節(jié)PWM波的占空比，控制功率管溫度，達(dá)到閉環(huán)控制效果。

2硬件電路設(shè)計(jì)

    系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、溫度測(cè)量電路和溫度控制電路，下面詳細(xì)介紹其設(shè)計(jì)過(guò)程。

2.1  最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

最小系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

    最小系統(tǒng)電路的實(shí)現(xiàn)，需要搭建晶振電路為單片機(jī)提供時(shí)鐘周期，復(fù)位電路使得單片機(jī)能在出現(xiàn)問(wèn)題后及時(shí)復(fù)位，穩(wěn)壓電路將12 V的電壓穩(wěn)定在SV為單片機(jī)提供穩(wěn)定電壓，使單片機(jī)能正常工作。

2.2溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì)

    設(shè)計(jì)的恒溫控制系統(tǒng)主要用于室內(nèi)溫度的調(diào)控，而DALLAS半導(dǎo)體公司推出的DS18 820數(shù)字溫度傳感器是款小型化傳感器，具有低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)及易于與微處理器配備等特點(diǎn)。在-10℃~+85℃之間，溫度測(cè)量的精確度能達(dá)到±0.5℃，因此溫度測(cè)量傳感器選擇的是DS18 820數(shù)字溫度傳感器。DS18 820的內(nèi)部框圖如圖3所示。

    DS18 820作為恒溫控制系統(tǒng)的外圍設(shè)備，和單片機(jī)的連接圖如圖4所示。DS18 820屬于封裝元件，只有三個(gè)引腳和外部電路連接，輸出的數(shù)據(jù)無(wú)需調(diào)理電路，單片機(jī)只需要一個(gè)I/O口和傳感器連接就能讀取數(shù)據(jù)。DS18 820不需要像PT100 -樣用A/D芯片將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，因此DS18 820的抗干擾能力強(qiáng)。

2.3溫度控制電路設(shè)計(jì)

    為了控制功率管的溫度，必須對(duì)功率管的通電時(shí)間進(jìn)行控制，而控制的最好方法是調(diào)節(jié)單片機(jī)發(fā)出的PWM波的占空比。由于單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流只有20mA，不能驅(qū)動(dòng)MOS管，因此需要用三極管設(shè)計(jì)電路，放大驅(qū)動(dòng)電流，設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示。通過(guò)單片發(fā)出信號(hào)的改變來(lái)開(kāi)斷三極管，使得控制電流增大，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)MOS管的控制，同時(shí)可以通過(guò)控制PWM波的占空比，來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。

3軟件設(shè)計(jì)

    主程序流程圖如圖6所示。軟件設(shè)計(jì)主要包括PWM子程序、溫度采樣子程序、溫度加熱子程序、顯示子程序、按鍵子程序、bang-bang控制子程序。

    軟件使用單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器功能來(lái)產(chǎn)生PWM，從而控制加熱電路中的MOSFET的工作時(shí)間，配合溫度采樣程序和bang-bang控制程序可以任意設(shè)定功率管中的溫度。通過(guò)bang-bang控制方式，單片機(jī)可以通過(guò)比較用戶設(shè)定值和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際值來(lái)調(diào)節(jié)單片機(jī)發(fā)出的PWM波的占空比，調(diào)節(jié)實(shí)際溫度，同時(shí)顯示在LCD顯示器上。

 單片機(jī)主要通過(guò)bang-bang控制來(lái)調(diào)節(jié)PWM的占空比，比較控制方式如圖7所示。

    在實(shí)際溫度和設(shè)定溫度不相等的情況下，對(duì)兩者進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)際溫度小于設(shè)定溫度時(shí)，功率管加熱；反之，降低溫度，最終達(dá)到恒溫效果。

4  實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析

    為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的的恒溫控制系統(tǒng)的有效性和可行性，對(duì)相關(guān)電路進(jìn)行了測(cè)試，由測(cè)試獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。從表1可以看出，恒溫控制系統(tǒng)的控制誤差較小，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的控制目標(biāo)。

5結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的恒溫控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度恒溫調(diào)節(jié)的基本功能，性能穩(wěn)定、功耗低、方便外設(shè)擴(kuò)展。測(cè)試結(jié)果表明，恒溫系統(tǒng)可通過(guò)溫度采集控制現(xiàn)場(chǎng)溫度，達(dá)到閉環(huán)效果。通過(guò)對(duì)溫控?cái)?shù)據(jù)分析，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的正確性及功能的有效性和可行性，對(duì)同類(lèi)型的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

6摘要：設(shè)計(jì)了以STC89C51單片機(jī)為處理器的恒溫控制系統(tǒng)�？刂葡到y(tǒng)采用DS18 820測(cè)量室內(nèi)溫度，并通過(guò)單片機(jī)發(fā)出PWM波和執(zhí)行bang - bang控制實(shí)現(xiàn)恒溫目標(biāo)。給出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)過(guò)程，包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。最后給出了恒溫控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的恒溫控制系統(tǒng)是可行的和有效的。