自动温度控制

仪器设备

随着社会的快速发展，科技的加速进步，测温仪器在各个领域应用越来越广泛，自动化和智能化已经成为现代的温度控制系统的主流发展方向。因为各行各业对于温度控制有着越来越高的要求，所以对温度的控制和测量就显得较为重要。温度控制器的使用范围越来越广泛，各种能够应用于不同领域的智能自动温度控制器随着产生。自动温度控制系统主要完成数据采集，温度定时的显示，温度控制，温度定时的设定以及报警等功能。

简介

随着社会的快速发展，科技的加速进步，测温仪器在各个领域应用越来越广泛，自动化和智能化已经成为现代的温度控制系统的主流发展方向。因为各行各业对于温度控制有着越来越高的要求，所以对温度的控制和测量就显得较为重要。温度控制器的使用范围越来越广泛，各种能够应用于不同领域的智能自动温度控制器随着产生。

不仅在日常的生产和生活中广泛应用到温度控制，现在的很多电子产品单片机中也用到了温度控制和温度检测，这就使单片机温度控制系统越来越广泛应用于电子产品之中。

功能

自动温度控制系统主要完成数据采集，温度定时的显示，温度控制，温度定时的设定以及报警等功能。

原理

核心控制器由单片机完成，采用数字 PID 控制算法进行过程控制。加热器件选用热惯性小，温度控制精度高，速度快的电热膜由单片机输出通断率控制信号进行控制。

工作原理如下：温度检测电路将当前环境湿度信号通过A/D转换后，送到处理器中，然后处理器通过软件的运行，将当前温度信号通过LED显示出来（显示温度值），并且处理器通过程序的运行，判断当前温度是否在预先设定的范围之内。假设不是，系统就会自动进行温度的调节：当温度检测电路检测到当前环境温度高于设定值的上限的时候，微处理器将输出低电平，开始排风散热降温；当温度检测电路检测到当前环境温度低于温度设定下限时，输出低电平，使蒸汽机控制电路工作，开始加热增加温度。

总体架构

1、温度检测电路。用于检测温度。

2、微控制器。可以采用某种单片机，作为主控制器。

3、电源稳压电路。用于对输入的200V交流电压进行变压、整流。

4、键盘输入电路。用于设定初始值等。

5、LED显示电路。用于显示温度。

6、功率驱动电路（温度调节电路）。

系统设计

自动温度控制系统由主控制器、测温电路、显示电路和键盘电路组成。系统主控制器采用单片机 AT89S51，温度传感器为 DS18B20，用 LCD 128X64 液晶显示屏实时显示当前温度及控制温度。键盘电路采用 3*4 矩阵键盘来设定需要温度。

单片机

系统选择 AT89S51 单片机，其特性如下：

1、4KB 可编程程序存储器，128B 内部数据存储器，32 条双向输入输出线，1000次以上的循环写；

2、有 ISP 在线编程功能，在改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。速度更快、稳定性更好，烧写电压也仅仅需要 4-5V 即可；

3、内部集成计时器，不再需要外接计时器单元电路；

4、电源范围宽达 4-5.5V，其工作性能更为稳定。

数字温度传感器

DS18B20是美国DALLAS 公司推出的一种改进型智能数字温度传感器。其主要特点如下：

1、适应电压范围较宽，3.0-5.5V，两种供电方式，寄生电源方式下由数据线供给；

2、单总线数据通信方式，多个 DS18B20 可以并联到 3 根或 2 根线上，通过一根端口线与 CPU 通信；

3、温度测量范围为-55℃~+125℃，可编程为 9～12 位的 A/D 转换精度。

液晶显示器

JDL12864 主要由行/列驱动器及128*64的全点阵液晶显示器组成，可以显示8*4个（16*16点阵）汉字。其主要特点如下：

1、电源：VDD，+5V。模块内自带-10V 负压，用于作 LCD 的驱动电压；

2、内置汉字字库，提供 8192 个 16×16 点阵汉字（简繁体可选），128 个 16×8 点阵字符；

3、与 CPU 接口采用 8 位数据总线并行输入输出和 8 条控制线；

4、工作温度为-10℃~+50℃。存储温度为-20℃~+70℃。

软件

DS18B20 的单总线工作协议流程是：初始化→ROM 操作指令→存储器操作指令→数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序。

硬件电路设计

硬件系统主要由 AT89S52 单片机、温度采集等功能电路组成。

主控单元

AT89S52 单片机为主控制单元。AT89S52 单片机首先根据炉温的给定值和测量值计算出温度偏差，然后进行 PID 控制并计算出相应的控制数据输出。最后将输出的控制数据送往光电耦合隔离器的输入端，利用 PWM 脉冲调制技术调整占空比，达到使炉温控制在某一设定温度。AT89S52 单片机还负责按键处理、温度显示以及与上位机进行通信等工作。4位高亮度LED 用于显示设定温度或实测温度。

温度采集

温度采集电路主要由铂铑-铂热电偶LB-3构成。LB-3热电偶可以在1300℃高温下长时间工作，满足常规处理工艺要求。测温时，热电阻输出mV热电势，必须经过变送器变换成 0-5V 的标准信号。系统选用 DWB 型温度变送器，并将其直接安装在热电偶的接线盒内，构成一体化的温度变送器，不仅可以节省补偿导线，而且可以减少温度信号在传递过程中产生的失真和干扰。

电阻炉炉温信号是一种变换缓慢的信号。这种信号在进行 A/D 转换时，对转换速度要求不高。因此为了减低成本以及方便选材，可以选用廉价的、常用的 A/D 芯片 ADC0808，ADC0808 是一种逐次逼近式 8 路模拟输入、8 为数字输出地 A/D 转换器件，转换时间为 100us，完全满足系统设计的要求。经过 ADC0808 转换所得到的实测炉温数据直接送入 AT89S52 单片机中进行数据处理。

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