温箱温度控制设计

摘要：针对温箱控制过程中出现的精度低，稳定性差等问题，设计了一种基于MSP430F149单片机的高精度温箱温度控制系统。系统采用铂电阻温度传感器及12位A／D转换器实现了温箱温度精确测量，并利用低功耗MSP430F149单片机及加热和降温系统实现了对温箱温度的精确控制。通过不同温度下测量实验，表明温箱温度控制系统性能稳定可靠。从而在-50～150℃温度范围内，温箱控制精度可以达到±0．5℃。
关键词：MSP430F149；高精度；温度控制；可控硅

0 前言
随着社会的发展，人们对温箱的应用和需求越来越广泛，在工业生产、日常生活和科学实验中，我们随处都可以看到温箱的应用。目前，在温箱的控制过程中还存在一些不足之处，比如控制精度低，稳定性比较差等。因此，针对温箱控制过程中出现的问题，需要设计一个高精度的智能化温箱控制系统，实时地对温箱的温度变化、运行状况和功能状态等进行控制。本文在研究温度采集发展现状和趋势的基础上，设计了一种基于微控制器MSP430F149的温箱控制系统。
本系统以单片机MSP430F149为控制核心，采用铂电阻温度传感器，对温度信号进行测量控制，并实现数码管数字显示，可通过按键对温度进行目标温度值的设置，从而使系统能够根据现场情况，自动启动压缩机或者加热丝，对温箱的实际温度实现自动调节。本系统结构简单、经济性好、实时性强。通过实验证明，系统可以达到高精度的温箱温度采集，实时地显示温箱的温度，准确及时地控制整个系统运行，并具有体积小巧、安全、稳定和可靠等特点，有良好的可扩展性。

1 系统结构框图及其工作原理
系统总体框图如图1所示，由温度传感器、信号调理电路、A／D转换器、键盘、LED数码管、MSP430单片机、电热丝、隔离·驱动、可控硅、压缩机12部分组成。本温箱控制系统采用的主要芯片MCU是单片机MSP430F149。主要的器件有：温度传感器铂电阻芯片、压缩机、加热丝和风扇等。

其工作原理是铂电阻采集到温度信号经过信号调理电路送到A＼D转换器进行模数转换，得到的数字信号传送到单片机的控制中心进行处理判断，然后由单片机输出控制信号，经过隔离驱动电路控制可控硅，对加热丝或压缩机进行控制。

2 系统单元电路设计
系统的硬件电路主要由温度采集、温度控制和温度显示三大部分构成。本系统的硬件由单片机MSP430F149、电源电路、温度采集电路、温度控制电路、数码管显示电路等构成。
2．1 电源电路设计
本系统需要使用+5V和+3．3V的直流稳压电源，其中MSP430F149及部分外围电器需要+3．3V电源，其它部分需要+5V电源。在本系统中，以+5V直流电压为输入电压，+3．3V由+5V直接线性降压，其中采用HT7333作为稳压芯片。如图2所示。

2．2 温度传感器采集电路
PT100温度传感器是一种以铂(Pt)制成的电阻式温度传感器，属于正电阻系数，其电阻和温度变化的关系式如下：R=R0(1+aT)，其中a=0．00392，R0为100 Ω(在0℃的电阻值)，T为摄氏温度。