发射台真空器件库恒温控制系统的设计

摘要：介绍了运用AT89C52单片机设计开发的发射台真空器件库恒温控制系统，并结合DS18B20数字式温度传感器，以及相关的外部电路分析了利用AT89C52的优点。介绍了实现键盘输入、实时监测、自动温度调节的方法。重点阐述了系统的硬件构成、各部分的主要作用及系统软件的设计思路和流程。此系统成本低、工作可靠，移植性好，具有很高的应用和借鉴价值。
关键词：温度传感器；恒温控制；真空器件

0 引言
发射台使用了许多真空器件，例如，真空电容、真空电子管、真空开关等。真空器件是播出设备的核心器件，消耗量较大，属于贵重器材，需要合理备份、妥善保管。由于真空器件对周围环境温度、湿度的特殊要求，故真空器件库要求满足恒温和干燥的条件。目前，无线局各台站的真空器件库一般采用手工控制和人工监测的方式实现恒温控制，这种方法准确性低、稳定性较差，还必须安排专人负责。
为了更有效地保存真空器件备件，本文实现了一个能自动调节室内环境温度的真空器件库恒温控制系统。该系统以AT89C52单片机为控制核心，通过温度采集电路，实时检测真空器件库内的环境温度，并根据预先设定的温度阈值，控制真空器件库内均匀分布的加热设备的工作状态，实现室内温度自动调节。用户可以在现场使用键盘设置目标温度值，也可以在现场数码管显示屏上直接观察真空器件库当前室内环境温度值和用户设置的目标温度值。系统实时检测真空器件库环境温度值和目标温度值的变化，通过温控驱动电路控制加热设备的工作状态，确保真空器件库的恒温、除湿，避免了因保存温度、湿度不合适而造成的真空器件性能降低及损坏。

1 系统结构及工作原理
发射台真空器件库恒温控制系统结构如图1所示，系统的基本硬件电路包括：温度采集、键盘输入、温度显示、电源、温控驱动、加热设备、报警和指示灯，以及A1789C52单片机。

为了更好地保持真空器件库室内环境温度恒定，系统采用闭环控制方式。由AT89C52单片机完成逻辑判断和控制，晶振频率采用12MHz，通过循环访问的方式，访问真空器件库内均匀分布的DS18B20数字温度传感器，采集真空器件库内的环境温度值。为了不频繁启动加热设备，目标温度由用户通过键盘输入后，系统自动生成目标温度上限值和下限值。单片机以一定的频率将检测到的环境温度值与用户输入的目标温度值进行比较。当真空器件库环境温度值低于设置的目标温度下限值时，温控驱动电路驱动加热设备加温，温度上升到目标温度下限值以上时，停止加温；当真空器件库环境温度高于设置的目标温度上限值时，温控驱动电路驱动降温电路降温，温度下降到目标温度上限值以下时，停止降温。

2 硬件电路设计
2．1 温度采集电路
温度采集电路采用温度传感器DS18B20来实现温度的采集和转换。DS18B20是一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出所测温度。测量输出信号为数字量，可以直接和单片机进行通信，从而降低外围电路的复杂度。温度采集电路如图2所示。

DS18B20把采集到的温度通过数据引脚传到单片机的P3．0口，每一片DS18B20有唯一的48位序列号，在出厂前已写入片内ROM中，单片机通过读ROM(33H)命令将该DS18B20的序列号读出，经过匹配，即可逐一读回每个DS18B20的温度数据。虽然DS18B20具有测温简单、精度高、连接方便和占用I／O口少等优点，但当单总线上所挂的DS18B20超过8个时，就需解决微处理器的总线驱动问题。另外，连接DS18B20的总线电缆的长度有限制，当采用普通信号电缆传输长度超过50m时，读取的测温数据会发生错误，这主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变引起的。因此，进行多点测温和长距离测温电路设计时要加以注意。
2．2 键盘电路
考虑实际应用情况，键盘电路设计采用矩阵式和中断扫描相结合的方式。矩阵式键盘由行线与列线组成，按键位于行、列的交叉点上，按键数量较多时可以节省单片机I／O接口的占用。系统使用过程中，键盘大部分时间基本不工作，因而中断扫描方式可以提高单片机处理器工作效率。当键盘有按键动作时产生中断，单片机处理器响应键盘中断，执行键盘中断程序，判别键盘按下键的键号并做相应处理。在本系统中，单片机的I／O接口充裕，因此键盘电路直接连接单片机I／O接口。键盘接口电路如图3所示。

键盘的数字键(0～9)、确认键(OK)、清除键(Del)等12个按键以四行三列方式连接到单片机的P0口，设置键(Set)与单片机的脚相连，而硬件复位键(ReSet)与R、C构成复位电路。需要注意的是，用单片机的P0口连接键盘时，要给P0口的各I／O接口提供上拉电阻。