基于单片机的恒温箱智能控制系统的设计方案

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1、基于单片机的恒温箱智能控制系统的设计方案1引言近年来为了保证产品的质量，各个行业行为规范就越来越高，众多机械类、医药类、化工类、建筑类等工业和企业都离不开恒温箱的使用；为了确保恒温箱许多主要技术的指标可以达到国家技术所要求的规定，必须对其进行检测，保证[1]产品的质量。本系统所设计、研发的数字恒温箱能非常好地解决这些问题。温度的控制系统是自动控制系统较为复杂的控制，其控制的滞后性是整个系统中最难克服的难题，因为温度的变化是纯滞后环节，而温度的控制也是一个惯[2]性大，应变慢的控制对象。在温度的控制系统中一般用到的是较为先进的控制系统理论和控制算法。本系统中采用了PID

2、算法，其算法应用到了系统软件的设计中，对整个加热过程使用模糊PID控制方案，对于加热过程中所产生的各种干[3]扰和恒温箱的惯性问题都进行了分析。恒温箱的智能控制系统采用半导体集成温度传感器满足温度测量要求，温度传感器将采集的温度信号转换成电流信号，然后再由转换电路将电流信号转换为电压信号，通过放大电路和模/数转换芯片将电压信号转换成数字信号，由单片机处理后，将测量得到的温度值显示于液晶显示器上。系统的全部输入输出控制集中由单片机统一管理,各有关运行参数的设定，可通过键盘输入，设定温度、箱温实时值在液晶显示模块上显示，操作方便。该系统具有实时温度显示和温度设定功能，还具

3、有温度上、下限报警和自动控制功能。当温度高于或低于设定值一定程度时，发出生光报警，消除由于单片机系统意外失控所造成的危险，提高了恒温箱工作的可靠性和使用安全性。设计任务为：用单片机设计一个控制温度范围在30℃～80℃的智能温度控制系统。设计要求：完成该系统的软硬件设计，学习掌握单片机采集测控系统的设计方法，提高学习新知识、新技能的能力，培养独立设计的能力。12系统设计分析2.1系统功能分析恒温箱的智能控制系统由核心处理模块、温度采集模块、键盘输入模块、液晶显示模块、及控制执行模块等组成。本控制系统有以下功能及指标：·温度控制设定波动范围小于±1%，测量精度小于±1%，

4、控制精度小于±2%；·实现功能：可以升温、控温；·温度实时显示；·按键输入，设定可控制范围内任意温度值；·温度上、下限越限报警。根据以上控制系统要求，可得出恒温箱的智能控制系统的结构框图，如图2-1所示。图2-1恒温箱的智能控制系统工作框图2.2系统结构方案确定恒温箱的智能控制系统采用半导体集成温度传感器对温度进行检测，并将温度信号转换成电流信号，然后通过电流—电压转换电路转换为电压信号，通过放大电路最终通过模/数转换芯片转换成数字信号，经单片机处理后，各个检测信号、控制信号、显示信号通过单片机的I/O接口传输，并显示于液晶显示器上。22.2.1温度传感器的选择采用集

5、成半导体温度传感器AD590。AD590是一种2端集成电路式半导体传感器，输出电流与它所受的温度成线性关系。温度传感器具有重复性好、精度高等特点，其测量温度范围为：-55℃～+150℃，线性度±0.3℃，电压范围：+4V[6]—+30V，低功耗。AD590具有标准化的输出，固有的线性关系。对于本系统要求对恒温箱的温度实现实时和快速控制，DS18B20在速度上满足不了要求，所以温度传感器采用AD590。2.2.2A/D转换器的选择采用高精度A/D转换器。TLC2543是11个模拟输入端的12位开关电容逐次逼近模/数转换器，具有转换快、稳定性好、与微处理器接口简单等优点。

6、TLC2543的主要特性如下：66ksps的采样速率；最大转换时间为10μS；SPI串行接口；线性度误差最大为±1LSB；低供电电流(1mA典型值)；掉电模式电流为4μA。本系统要求控制精度较高，且占用单片机的接口较多。而TLC2543精度高，且与单片机接口简单，所以A/D转换器采用TLC2543。2.2.3控制元件的选择恒温箱控制系统的执行元件是电热丝，电热丝的供电电源为市电交流220V，其功率对于单片机来说非常大，单片机不能直接控制的，所以，我们还要解决电热丝的供电的控制方案。采用晶闸管对电热丝的供电进行控制。晶闸管的优缺点：1、优点：（1）功率放大倍数可达几十万

7、倍；（2）控制灵敏，反应快；（3）损耗小，效率高；（4）体积小，重量轻；（5）改善了工作条件，维护方便。2、缺点：3（1）过载能力弱；（2）抗干扰能力差；（3）导致电网电压波形畸变；[8]（4）控制电路比较复杂。综上所述，选用晶闸管作为电热丝供电的控制元件。2.2.4单片机的选择基于系统要求，系统所用的单片机选择了AT89C52。AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性