介紹了一種新型電熱鼓風(fēng)干燥箱溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法, 包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。該系統(tǒng)以單片機(jī)AT89S52為核心, 采用PID控制算法, 能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫控箱的溫度進(jìn)行檢測(cè)、控制和顯示, 具有誤差小和可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn), 應(yīng)用前景廣泛。

電熱鼓風(fēng)干燥箱廣泛地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各領(lǐng)域 (如植物培養(yǎng)、育種試驗(yàn)、細(xì)菌霉菌及微生物的保存、水體分析的BOD測(cè)定等) , 也可應(yīng)用于工礦企業(yè)、化驗(yàn)室、科研單位等進(jìn)行干燥、烘焙熔臘與滅菌[1]操作。當(dāng)前, 電熱鼓風(fēng)干燥箱普遍存在箱內(nèi)溫度不穩(wěn)定、波動(dòng)大、忽高忽低、價(jià)格高以及可擴(kuò)展性差等缺點(diǎn)。為此, 開發(fā)一種新型電熱鼓風(fēng)干燥箱溫度控制系統(tǒng), 以適應(yīng)各行業(yè)尤其是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和精細(xì)農(nóng)業(yè)的需要, 顯得尤為迫切。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以單片機(jī)AT89S52為核心, 通過(guò)采集鼓風(fēng)干燥箱的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理, 并發(fā)出控制命令, 控制固態(tài)繼電器進(jìn)行加熱, 形成一個(gè)完整的溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)。另外, 作為擴(kuò)展功能, 可通過(guò)TCL/RS232接口與上位PC機(jī)進(jìn)行通信, 輔以組態(tài)軟件可開發(fā)上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)系統(tǒng)。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

溫度控制系統(tǒng)包括溫度采集放大、中央處理模塊、加熱單元、LCD數(shù)據(jù)顯示、鍵盤輸入和系統(tǒng)可擴(kuò)展預(yù)留通信部分。

2 硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)包括溫度采集與控制模塊、中央處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、鍵盤模塊和RS-232通信模塊。其中, 重點(diǎn)設(shè)計(jì)部分是溫度采集及控制模塊。

2.1 溫度采集及控制模塊

此模塊主要完成溫度參數(shù)的采集、放大、A/D轉(zhuǎn)換及加熱控制功能。電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)膽溫度經(jīng)由傳感器Pt100檢測(cè), 然后經(jīng)過(guò)放大電路, 把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào);溫度與電壓成線性對(duì)應(yīng)關(guān)系, 從而可以把對(duì)應(yīng)電壓信號(hào)送給A/D轉(zhuǎn)換器, 把最終轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)交由單片機(jī)處理。同時(shí), 此模塊電路還具有加熱控制功能, 即直接控制加熱器的工作狀態(tài), 通過(guò)固態(tài)繼電器直接控制加熱絲的導(dǎo)電狀態(tài)。此模塊電路原理如圖2所示。

溫度采集通過(guò)Pt100與電阻組成電橋, 把溫度轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。因?yàn)殂K電阻Pt100隨溫度呈線性變化, 所以通過(guò)測(cè)量橋路兩端電壓信號(hào)便能計(jì)算出溫度值[2]。從前置放大電路輸出的電壓信號(hào)接到ADC0809 的A/D轉(zhuǎn)換輸入端口IN0, 由單片機(jī)去進(jìn)行各種必要的處理。當(dāng)溫度在0～500℃間變化時(shí), 電橋的輸出電壓為0～348.877mV;微弱電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)14.331 7倍的放大, 把0～500℃的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成0～5V的電壓信號(hào)。

由于 Pt100在 0～500℃ 區(qū)間內(nèi)電阻值為 100 ～ 280.98Ω, 按照串聯(lián)分壓規(guī)律, 計(jì)算其在不同溫度時(shí)的輸出電壓, 公式為