恒温培养箱智能温控器的研制

1.3 降温控制电路
由上述分析可知，当需要降温时，IC9B的⑦脚输出低电平。该低电平经过非门IC7B反相后使与非门IC10C（74LS10）的⑨脚为高电平。同时IC9B的⑦脚输出的低电平使IC10B的③脚为低电平，此低电平将与非门IC10B关闭，升温电路不能工作。单片机自动识别出恒温箱需要降温时，将P2端复位（输出低电平），P0端输出占空比为1：1的方波，P2端输出的低电平经过IC7A反相后输入到IC10C的（11）脚，使与非门IC10C的（8）脚输出方波。三极管9013、大功率场效应管Q1随方波断续工作，半导体制冷器得电工作，恒温箱开始降温。
当恒温箱的温度降到设定的温度值时，WDJ断开，由上述对升温电路的分析可知，降温电路停止工作。但由于此时恒温箱仍处于降温工作状态，单片机的P2端为低电平，此低电平将与非门IC10B关闭。电热板不能工作。半导体制冷器停止制冷后，恒温箱的温度开始上升，经过一段时间后，WDJ导通，根据上述分析可知，半导体制冷器又开始对恒温培养箱进行降温。以后的降温控温过程与升温控温过程相似，其不同点是降温控温电路用单片机P0端输出的调整后的方波控制半导体制冷器的工作时间。最后恒温箱从外界吸收的热量与半导体制冷器从箱内吸收的热量基本达到动态平衡，从而使控制精度达到较高水平。
1.4 温度异常报警电路
控温电路正常工作时，电接点水银温度计的通、断周期一般为数十秒。若升、降温控制电路发生故障，此周期必然发生异常。根据恒温箱体积的大小设定周期的上限值（在计时程序中设定）。当该周期超过上限值时，单片机的P3端输出低电平，经IC7F反相后使三极管Q2饱和导通，自带音源微型直流音响器SP得电工作，发出报警声。
2 软件设计
该控制软件由主程序、外部中断服务程序、内部定时器中断服务程序等三部分组成。各程序的流程图如图2所示。
3 可靠性设计
该温控器对电热板和半导体制冷器这些升、降温元件的控制采用可控硅和场效应管等半导体器件，改变了用继电器控温的传统做法，消除了继电器触点容易氧化而接触不良易造成温度失控的弊端。
采用了MAX公司生产的微处理器监控电路，当程序跑飞后，在1.6s内WDI端得不到脉冲信号,WDO端输出低电平,使IC10A的（12）脚输出高电平,IC1被复位,有效地防止了程序跑飞后而造成温度失控的现象。
程序设计中,在未使用的中断入口处和程序存储器的空白区的适当地方加入了软件陷井,可有效地防止程序跑飞。
升、降温误判的自动纠正。当单片机处于升温状态且刚刚达到预定温度而停机，正好此时停电且又突然来电，此时单片机将重新启动并误判恒温箱应处于降温状态。同理当单片机处于降温状态时也有类似情况。单片机能够对此误判自动进行纠正。其做法是单片机复位后，根据检测的升、降温状态自动控制升、降温设备工作。若数分钟（根据箱体容积大小由软件设定）内电接点水银温度计的状态未发生变化，则说明升、降温判别有误，单片机随即改变P2端的电平，从而改变了升、降温的状态。
4 元件选择
MOC3042：该器件的输入部分是一只砷化镓发光二极管，输出部分相当于一个带有过零检测器的光敏开关。当发光二极管通过5～15ｍＡ的正向电流时，发出红外光，而输出部分只有受到红外光照射，并且输出端电压接近零时才导通。
MAX705：该器件具有上电、掉电状态下的复位和看门狗输出功能。当看门狗输入端WDI维持高电平、低电平时间达1.6s时，其内部WATCHDOG定时器则被清零。当上电、掉电时，RESET端会输出一个200ms低脉冲。
SP：SP为YMD-12015-05型自带音源微型直流音响器。
WDJ：WDJ为电接点水银温度计，用来设置恒温箱的控制温度值。
SCR：双向可控硅SCR可根据负载功率大小选择额定电流，其耐压应大于600Ｖ。
Q1：Q1为IRF9Z30型大功率MOS管，使用时应加散热片。
电热板：根据箱体大小选购适当功率的电热板。
半导体制冷器：选用洛阳市夏林电子电器厂生产的TECI-7103型半导体制冷器。该制冷器的最大温差是67℃
5 结束语
本文作者创新点是研制了基于单片机的升温与降温双重高精度控温功能的智能温控器。该温控器自动化程度高，控温误差小，可靠性好。将其应用于由报废冰箱改造的恒温培养箱中，测试表明，控温效果良好。