一种 基于单片机的恒温控制系统

  作者：郑晓敏

   随着现代化技术的革新，各种控制方式和技术以及芯片的精确度均有很大地提升，使得恒温控制系统的控制精确度和实用性有了很大的提高。本文设计了以STC89C51单片机为处理器的恒温控制系统，并给出了详细的设计过程和实验结果，对同类型的控制系统设计具有一定的参考价值。

  1  总体方案设计

恒温控制系统框图如图1所示。

    控制器采用深圳宏晶公司生产的STC89C52单片机作为CPU，整个系统由单片机最小系统、稳压电路、加热电路、温度读取电路、显示电路等组成。12 V的电源通过稳压电路给控制芯片提供SV的电压，控制芯片对DS18 820温度传感器中的温度值进行数据读取、转换、显示，以bang-bang控制方式调节PWM波的占空比，控制功率管温度，达到闭环控制效果。

2硬件电路设计

    系统硬件电路设计主要包括单片机最小系统电路、温度测量电路和温度控制电路，下面详细介绍其设计过程。

2.1  最小系统电路设计

最小系统原理图如图2所示。

    最小系统电路的实现，需要搭建晶振电路为单片机提供时钟周期，复位电路使得单片机能在出现问题后及时复位，稳压电路将12 V的电压稳定在SV为单片机提供稳定电压，使单片机能正常工作。

2.2温度测量电路设计

    设计的恒温控制系统主要用于室内温度的调控，而DALLAS半导体公司推出的DS18 820数字温度传感器是款小型化传感器，具有低功耗、高性能、抗干扰能力强及易于与微处理器配备等特点。在-10℃~+85℃之间，温度测量的精确度能达到±0.5℃，因此温度测量传感器选择的是DS18 820数字温度传感器。DS18 820的内部框图如图3所示。

    DS18 820作为恒温控制系统的外围设备，和单片机的连接图如图4所示。DS18 820属于封装元件，只有三个引脚和外部电路连接，输出的数据无需调理电路，单片机只需要一个I/O口和传感器连接就能读取数据。DS18 820不需要像PT100 -样用A/D芯片将模拟信号转换成数字信号，因此DS18 820的抗干扰能力强。

2.3温度控制电路设计

    为了控制功率管的温度，必须对功率管的通电时间进行控制，而控制的最好方法是调节单片机发出的PWM波的占空比。由于单片机的驱动电流只有20mA，不能驱动MOS管，因此需要用三极管设计电路，放大驱动电流，设计的驱动电路如图5所示。通过单片发出信号的改变来开断三极管，使得控制电流增大，从而实现对MOS管的控制，同时可以通过控制PWM波的占空比，来实现温度调节。

3软件设计

    主程序流程图如图6所示。软件设计主要包括PWM子程序、温度采样子程序、温度加热子程序、显示子程序、按键子程序、bang-bang控制子程序。

    软件使用单片机的内部定时器功能来产生PWM，从而控制加热电路中的MOSFET的工作时间，配合温度采样程序和bang-bang控制程序可以任意设定功率管中的温度。通过bang-bang控制方式，单片机可以通过比较用户设定值和现场实际值来调节单片机发出的PWM波的占空比，调节实际温度，同时显示在LCD显示器上。

 单片机主要通过bang-bang控制来调节PWM的占空比，比较控制方式如图7所示。

    在实际温度和设定温度不相等的情况下，对两者进行比较，当实际温度小于设定温度时，功率管加热；反之，降低温度，最终达到恒温效果。

4  实验结果及其分析

    为了验证所设计的的恒温控制系统的有效性和可行性，对相关电路进行了测试，由测试获得的实验数据如表1所示。从表1可以看出，恒温控制系统的控制误差较小，实现了预期的控制目标。

5结论

本文设计的恒温控制系统实现了对现场温度恒温调节的基本功能，性能稳定、功耗低、方便外设扩展。测试结果表明，恒温系统可通过温度采集控制现场温度，达到闭环效果。通过对温控数据分析，验证了设计方案的正确性及功能的有效性和可行性，对同类型的控制系统设计具有一定的参考价值。

6摘要：设计了以STC89C51单片机为处理器的恒温控制系统。控制系统采用DS18 820测量室内温度，并通过单片机发出PWM波和执行bang - bang控制实现恒温目标。给出了详细的设计过程，包括硬件设计和软件设计。最后给出了恒温控制系统的实验结果，实验结果表明所设计的恒温控制系统是可行的和有效的。