基于直流PTC热敏电阻恒温控制系统的设计

作者：时间：2012-03-05来源：网络收藏

3.3 数字温度计DS18B20　　

DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1—Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。测量温度范围为-55℃～+125℃，在-10℃～85℃范围内，精度为±0.5℃。DS18B20的精度检查为±2℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。　　

由于DS18B20采用的是1—Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89C2051单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备，数据和命令的传输都是低位在先。　　

3.4 单片机控制多路继电器　　

单片机控制继电器如图1所示，图中只给出一路继电器的控制电路接法，它占用了单片机P3口的一位，多路继电器可通过占用不同引脚实现，本系统使用P3口的3位控制3路继电器。PTC热敏电阻选用直流12V，电压由开关电源提供。由于单片机P3口的驱动电流是20mA，而继电器的驱动对于单片机来说相当于大功率器件的驱动，必须放大P3口的驱动电流，而PTC热敏电阻是采用直流12V电压供电，可能会对单片机的工作稳定性有影响，因此选用光电耦合器4N33提高P3口的驱动能力，同时因为光电耦合器4N33是应用电-光-电的转换形式来放大驱动电流，这样隔离了单片机和继电器，消除了系统可能潜在的不稳定的因素。当单片机P3口接继电器的引脚给一低电平，则4N33输入端的发光二极管导通，输出端输出放大电流，驱动继电器吸合，使PTC热敏电阻环路导通，开始加热。

PTC热敏电阻在开始工作的初期有一个冲击电流，这从它的电流-时间特性(如图2所示)中可以看出，在经过一段时间后电流降到稳定工作状态，这时的电流很小，大概在0.8～1A，这样在开始加热的时候就不能同时打开三路继电器进行加热，因为PTC热敏电阻的供电电源选择的是直流12V，12A，如果同时打开三路继电器，在PTC热敏电阻的冲击电流达到最大值(5.7～7A)时，开关电源所承受的电流就会超过其额定值，导致电源停止工作甚至毁坏，影响了系统工作的连续性和可靠性。鉴于这个因素，测定了单片PTC热敏电阻的电流从其开始工作到达到最大值的时间S1和从最大值降到4A以下的时间S2，这样就可以根据这两个时间来决定继电器的开启。现设定三路继电器分别为1、2、3路，在单片机上电后就打开第1路继电器，在经过电流由最小值上升到最大值时间S1后再打开第2路继电器(如果第1路PTC热敏电阻提供的温度没有达到设定温度范围)，第3路继电器的开启同样要经过时间S1。每一路继电器的开、关状态是由数字温度计DS18B20测定的实时温度与设定温度的上、下限进行比较来决定的，继电器的开启先后顺序设定为1、2、3，关断先后顺序设定为3、2、1，这些设定由软件来实现。　　

3.5 键盘、显示　　

本系统外设键盘采用了HD7279A键盘显示芯片，由于要显示系统设定温度的上、下限和实时加热的温度，因此只使用HD7279A的键盘功能，系统的显示部分采用LT12864I液晶显示模块。系统开始工作的时候，通过键盘设定加热温度，数据传递给单片机，再由单片机将数据送显示模块显示;系统工作的过程中，数字温度计DS18B20测得的实时温度值也传递给单片机，再由单片机转换数据并送显示模块显示。　　

4、系统软件设计　　

系统软件总体流程图如图3所示。系统上电后，首先进行初始化，对寄存器和I/O端口进行设置。当检测到按键有效信号，读取按键数据，传递给单片机并送显示模块显示，键盘设定结束后置标志位，单片机检测到此信号后，开启第1路继电器进行加热。此时初始化数字温度计DS18B20进行温度测量，并将测得实时温度数据送单片机处理，再由显示模块显示。DS18B20每测完一次温度后，就将实测温度值与设定温度值的上限和下限进行比较，如实测温度高于设定温度的上限，转到继电器关闭处理程序，检测每一路继电器的开、关状态，按照第3路、第2路、第1路的顺序关闭继电器(每执行1次关闭1路继电器);如实测温度低于设定温度的下限，转到继电器开启处理程序，检测每一路继电器的开、关状态，按照第1路、第2路、第3路的顺序开启继电器(每执行1次开启1路继电器)。在之后的系统工作中始终循环测温～温度值比较～开启或者关闭继电器这样的流程，以达到对加热区域温度恒温控制的目的。