自動温度控制

隨着社會的快速發展，科技的加速進步，測温儀器在各個領域應用越來越廣泛，自動化和智能化已經成為現代的温度控制系統的主流發展方向。因為各行各業對於温度控制有着越來越高的要求，所以對温度的控制和測量就顯得較為重要。温度控制器的使用範圍越來越廣泛，各種能夠應用於不同領域的智能自動温度控制器隨着產生。

不僅在日常的生產和生活中廣泛應用到温度控制，現在的很多電子產品單片機中也用到了温度控制和温度檢測，這就使單片機温度控制系統越來越廣泛應用於電子產品之中 ^[1]  。

自動温度控制系統主要完成數據採集，温度定時的顯示，温度控制，温度定時的設定以及報警等功能。

核心控制器由單片機完成，採用數字 PID 控制算法進行過程控制。加熱器件選用熱慣性小，温度控制精度高，速度快的電熱膜由單片機輸出通斷率控制信號進行控制。

工作原理如下：温度檢測電路將當前環境濕度信號通過A/D轉換後，送到處理器中，然後處理器通過軟件的運行，將當前温度信號通過LED顯示出來（顯示温度值），並且處理器通過程序的運行，判斷當前温度是否在預先設定的範圍之內。假設不是，系統就會自動進行温度的調節：當温度檢測電路檢測到當前環境温度高於設定值的上限的時候，微處理器將輸出低電平，開始排風散熱降温；當温度檢測電路檢測到當前環境温度低於温度設定下限時，輸出低電平，使蒸汽機控制電路工作，開始加熱增加温度。

1、温度檢測電路。用於檢測温度。

2、微控制器。可以採用某種單片機，作為主控制器。

3、電源穩壓電路。用於對輸入的200V交流電壓進行變壓、整流。

4、鍵盤輸入電路。用於設定初始值等。

5、LED顯示電路。用於顯示温度。

6、功率驅動電路（温度調節電路）。

自動温度控制系統由主控制器、測温電路、顯示電路和鍵盤電路組成。系統主控制器採用單片機 AT89S51，温度傳感器為 DS18B20，用 LCD 128X64 液晶顯示屏實時顯示當前温度及控制温度。鍵盤電路採用 3*4 矩陣鍵盤來設定需要温度。

系統選擇 AT89S51 單片機，其特性如下：

1、4KB 可編程程序存儲器，128B 內部數據存儲器，32 條雙向輸入輸出線，1000次以上的循環寫；

2、有 ISP 在線編程功能，在改寫單片機存儲器內的程序不需要把芯片從工作環境中剝離。速度更快、穩定性更好，燒寫電壓也僅僅需要 4-5V 即可；

3、內部集成計時器，不再需要外接計時器單元電路；

4、電源範圍寬達 4-5.5V，其工作性能更為穩定。

DS18B20是美國DALLAS 公司推出的一種改進型智能數字温度傳感器。其主要特點如下：

1、適應電壓範圍較寬，3.0-5.5V，兩種供電方式，寄生電源方式下由數據線供給；

2、單總線數據通信方式，多個 DS18B20 可以並聯到 3 根或 2 根線上，通過一根端口線與 CPU 通信；

3、温度測量範圍為-55℃~+125℃，可編程為 9～12 位的 A/D 轉換精度。

JDL12864 主要由行/列驅動器及128*64的全點陣液晶顯示器組成，可以顯示8*4個（16*16點陣）漢字。其主要特點如下：

1、電源：VDD，+5V。模塊內自帶-10V 負壓，用於作 LCD 的驅動電壓；

2、內置漢字字庫，提供 8192 個 16×16 點陣漢字（簡繁體可選），128 個 16×8 點陣字符；

3、與 CPU 接口採用 8 位數據總線並行輸入輸出和 8 條控制線；

4、工作温度為-10℃~+50℃。存儲温度為-20℃~+70℃。

DS18B20 的單總線工作協議流程是：初始化→ROM 操作指令→存儲器操作指令→數據傳輸。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序。

硬件系統主要由 AT89S52 單片機、温度採集等功能電路組成。

AT89S52 單片機為主控制單元。AT89S52 單片機首先根據爐温的給定值和測量值計算出温度偏差，然後進行 PID 控制並計算出相應的控制數據輸出。最後將輸出的控制數據送往光電耦合隔離器的輸入端，利用 PWM 脈衝調製技術調整佔空比，達到使爐温控制在某一設定温度。AT89S52 單片機還負責按鍵處理、温度顯示以及與上位機進行通信等工作。4位高亮度LED 用於顯示設定温度或實測温度。

温度採集電路主要由鉑銠-鉑熱電偶LB-3構成。LB-3熱電偶可以在1300℃高温下長時間工作，滿足常規處理工藝要求。測温時，熱電阻輸出mV熱電勢，必須經過變送器變換成 0-5V 的標準信號。系統選用 DWB 型温度變送器，並將其直接安裝在熱電偶的接線盒內，構成一體化的温度變送器，不僅可以節省補償導線，而且可以減少温度信號在傳遞過程中產生的失真和干擾。

電阻爐爐温信號是一種變換緩慢的信號。這種信號在進行 A/D 轉換時，對轉換速度要求不高。因此為了減低成本以及方便選材，可以選用廉價的、常用的 A/D 芯片 ADC0808，ADC0808 是一種逐次逼近式 8 路模擬輸入、8 為數字輸出地 A/D 轉換器件，轉換時間為 100us，完全滿足系統設計的要求。經過 ADC0808 轉換所得到的實測爐温數據直接送入 AT89S52 單片機中進行數據處理。