基于单片机的自动温控系统

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1、PreciseTemperatureControlSystemDesignBasedonMicroprocessorAbstract:Aprecisetemperaturecontrolsystembasedonmicroprocessorisdesignedinthispaper.Inthissystem,weusemicroprocessorasthekernelcontrolcomponentforPIDcalculating,DS18B20fortemperaturemeasurement.High-

2、poweramplifierOPA548isusedtodriveTEC.Theerrorofthissystemis±0.1℃.KeyWords:Microprocessor;TemperatureControl;PIDControl;摘要：本文设计了一种基于单片机的精密温控系统。该系统采用单片机为核心控制部件进行PID运算，数字式温度传感器DS18B20芯片测量温度，大功率放大器OPA548驱动半导体致冷器TEC实现温度控制，精度达到±0.1℃。关键字：单片机；温度控制；PID控制0引言辐亮度标准探测器[

3、1~3]是基于探测器的辐射定标中的关键组成部分，其光学核心部件滤光片辐射计的响应度受温度变化影响较大[3,4]。为了保证辐亮度标准探测器的精度和稳定性，本文设计了一种基于单片机精密温度控制系统[5]。该系统具有精度高、体积小、稳定性好的特点，应用前景广阔。1系统硬件设计本文所设计的精密温控系统主要由数字温度传感器DS18B20[6,7]、AT89C55单片机、12位DA转换器AD7248A[8]、半导体制冷器TEC、大电流驱动OPA548[9]、键盘、VFD显示屏和RS－232串口通讯电路组成，其原理框图如图

4、1所示。单片机根据DS18B20测得被控对象滤光片辐射计的温度，与设定置相比较，经过PID[10]控制算法调整DA的输出电压，进而控制半导体致冷器TEC进行制冷或加热实现被控对象的恒温，同时由显示屏实时显示当前温度。各主要模块简介如下：1.1数字式温度传感器DS18B20DS18B20是美国Dallas半导体公司生产的新一代数字式温度传感器，采用TO－92封装。它具有独特的单总线接口方式，将地址线、数据线、控制线复用为一根信号线，输入输出均为数字信号。这使得其与单片机接口变得十分简单,克服了模拟式传感器与微机

5、接口时需要的AD转换器及其它复杂外围电路的缺点，由它组成的温度测控系统非常方便,而且成本低、体积小、可靠性高。DS18B20主要性能指标：（1）测温范围：-55～125℃，测量最高分辨率为0.0625℃，这是本系统实现控制精度要求的关键；（2）无需任何外围元件，可以直接输出温度值的9～12位串行数字量；（3）温度转换最大时间为750ms；（4）用户可以设定报警温度，存储于EEPROM中。1.212位数模转换芯片AD7248A本系统所选用的数模转换器DAC是美国AnalogDevices公司的生产的AD7248

6、A。这是一种带有片载内置输出放大器和基准电压源的12位低功耗并行DA转换器，其数据输出建立时间只需30ns,12位数据以高8位和低4位分两次写入输入锁存器。在双极性供电模式下，能产生±5V的输出电压。考虑到温控模块中的半导体致冷器件工作时需要双极性电压的特点，这里选择双极性供电工作模式。1.3大电流驱动OPA548由图1温控系统框图可以看到，12位DA芯片输出的电压信号要送往半导体致冷器，通过控制流过致冷器的电流大小进而控制滤光片的温度高低。但从AD7248A输出的电压信号，其电流驱动能力不够强，因此需要加入

7、电流驱动电路。设计中我们选用Burr-Brown公司的大电流驱动集成芯片OPA548，它可以提供峰值达5A连续3A的驱动电流。本系统采用双极性供电模式，以配合DA转换器的双极性输出，驱动半导体致冷器TEC实现加热或制冷。1.4半导体致冷器TEC基于Peltier效应的热电致冷器是由多对热电致冷对在电气上串联、在热传导上并联组成，如图2所示。热电对由铋碲化合物掺杂形成的P型和N型半导体构成，它们与铜片相接，铜片则与电气上绝缘而导热良好的瓷板相连接。单个这样的器件两端的温差最高可达70℃，串联（多层）使用可提高温

8、差，并联使用则可增加泵热能力。热电致冷器件特别适合于小热量和受空间限制的温控领域。改变加在器件上的直流电的极性即可变致冷为加热，而吸热或放热率则正比于所加直流电流的大小。Pe1tier温控器的设定温度可以在一个较宽的范围内任意选择，可选择低于或高于环境温度。在本系统中我们选用了天津蓝天高科电源有限公司生产的半导体致冷器件TES1－12739,其最大温差电压14.7V,最大温差电流3.9A最大致冷功率