直流PTC热敏电阻恒温控制系统的研讨与规划

　　1、导言

　　现有的加热器大都选用电热管、电热丝等传统器材加热，电热管的外壳为不锈钢制成的钢管，内有发热元件电阻丝，加热时经过电阻丝及钢管向外界传热，当空气不活动时，电热管的热量就散不出去，温度会越来越高，严峻时会焚毁电热管，乃至产生火灾。而PTC热敏电阻作为发热资料，具有节能恒温、无明火、安全性好、发热量较易调理、受电源电压的动摇影响小、升温敏捷等特色，因而，规划运用PTC热敏电阻做加热资料的恒温加热体系对安全度要求较高的使用是很有含义的。

　　2、体系整体规划方案

　　本体系选用AT89C2051为操控中心，PTC热敏电阻对加热区域进行加热，数字温度计DS18B20实时收集温度，由外设键盘设定所要加热温度值的上限和下限， 经过实时收集到的温度值与设定温度值的比较，确认是否到达所设定的温度规模，由AT89C2051操控多路继电器完成对多片PTC热敏电阻（一路继电器操控一片PTC热敏电阻）作业状况的开关操控，使加热区域温度维持在设定的温度规模内。体系原理图如图1所示。

　　3、单片机操控加热

　　3.1 单片机体系

　　AT89C2051是美国ATMEL公司出产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，期间选用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技能出产，兼容MCS-51指令体系，片内置通用8位中央处理器和2K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，15个I/O口线，2个16位守时/计数器，1个5向量两级中止结构，1个全双工串行通信口，内置1个精细比较器，片内振荡器及时钟电路[1]。

　　3.2 PTC热敏电阻

　　PTC是英文Positive Temperature Coefficie-nt的缩写，即为正温度系数，其电阻阻值随温度的升高而增大。PTC热敏电阻在未到达一个特定的温度之前，电阻阻值随温度的改变十分缓慢，当超越这个温度时，PTC热敏电阻的阻值急剧增大，产生阻值剧变的这个温度，称之为居里温度，它是PTC热敏电阻的一个重要技能指标[2]。

　　图2为PTC热敏电阻的电流-时刻特性。

　　3.3 数字温度计DS18B20

　　DS18B20数字温度计是DALLAS公司出产的1—Wire，即单总线器材，具有线路简略，体积小的特色。丈量温度规模为-55℃～+125℃，在-10℃～85℃规模内，精度为±0.5℃。DS18B20的精度查看为±2℃。现场温度直接以“一线总线”的数字办法传输，大大进步了体系的抗干扰性。

　　因为DS18B20选用的是1—Wire总线协议办法，即在一根数据线完成数据的双向传输，而对AT89C2051单片机来说，硬件上并不支撑单总线协议，因而，有必要选用软件的办法来模仿单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的拜访。该协议界说了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。一切时序都是将主机作为主设备，单总线器材作为从设备，数据和指令的传输都是低位在先[3]。

　　3.4 单片机操控多路继电器

　　单片机操控继电器如图1所示，图中只给出一路继电器的操控电路接法，它占用了单片机P3口的一位，多路继电器可经过占用不同引脚完成，本体系运用P3口的3位操控3路继电器。PTC热敏电阻选用直流12V，电压由开关电源供给。因为单片机P3口的驱动电流是20mA，而继电器的驱动关于单片机来说相当于大功率器材的驱动，有必要扩大P3口的驱动电流，而PTC热敏电阻是选用直流12V电压供电，或许会对单片机的作业安稳性有影响，因而选用光电耦合器4N33进步P3口的驱动才能，一起因为光电耦合器4N33是使用电-光-电的转化方式来扩大驱动电流，这样隔离了单片机和继电器，消除了体系或许潜在的不安稳的要素。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，输出端输出扩大电流，驱动继电器吸合，使PTC热敏电阻环路导通，开端加热[4-5]。

　　PTC热敏电阻在开端作业的初期有一个冲击电流，这从它的电流-时刻特性（如图2所示）中能够看出，在经过一段时刻后电流降到安稳作业状况，这时的电流很小，大概在0.8～1A，这样在开端加热的时分就不能一起翻开三路继电器进行加热，因为PTC热敏电阻的供电电源挑选的是直流12V，12A，假如一起翻开三路继电器，在PTC热敏电阻的冲击电流到达最大值（5.7～7A）时，开关电源所接受的电流就会超越其额定值，导致电源停止作业乃至破坏，影响了体系作业的连续性和牢靠性。鉴于这个要素，测定了单片PTC热敏电阻的电流从其开端作业到到达最大值的时刻S1和从最大值降到4A以下的时刻S2，这样就能够根据这两个时刻来决议继电器的敞开。现设定三路继电器分别为1、2、3路，在单片机上电后就翻开第1路继电器，在经过电流由最小值上升到最大值时刻S1后再翻开第2路继电器（假如第1路PTC热敏电阻供给的温度没有到达设定温度规模），第3路继电器的敞开相同要经过时刻S1。每一路继电器的开、关状况是由数字温度计DS18B20测定的实时温度与设定温度的上、下限进行比较来决议的，继电器的敞开先后次序设定为1、2、3，关断先后次序设定为3、2、1，这些设定由软件来完成。

　　3.5 键盘、显现

　　本体系外设键盘选用了HD7279A键盘显现芯片，因为要显现体系设定温度的上、下限和实时加热的温度，因而只运用HD7279A的键盘功用，体系的显现部分选用LT12864I液晶显现模块。体系开端作业的时分，经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现模块显现；体系作业的过程中，数字温度计DS18B20测得的实时温度值也传递给单片机，再由单片机转化数据并送显现模块显现 [6-7]。

　　4、体系软件规划

　　体系软件整体流程图如图3所示。体系上电后，首要进行初始化，对寄存器和I/O端口进行设置。当检测到按键有用信号，读取按键数据，传递给单片机并送显现模块显现，键盘设定完毕后置标志位，单片机检测到此信号后，敞开第1路继电器进行加热。此刻初始化数字温度计DS18B20进行温度丈量，并将测得实时温度数据送单片机处理，再由显现模块显现。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，照实测温度高于设定温度的上限，转到继电器封闭处理程序，检测每一路继电器的开、关状况，依照第3路、第2路、第1路的次序封闭继电器（每履行1次封闭1路继电器）；照实测温度低于设定温度的下限，转到继电器敞开处理程序，检测每一路继电器的开、关状况，依照第1路、第2路、第3路的次序敞开继电器（每履行1次敞开1路继电器）。在之后的体系作业中一直循环测温～温度值比较～敞开或许封闭继电器这样的流程，以到达对加热区域温度恒温操控的意图。

　　下面是体系中几个子程序的流程图：三路继电器操控子程序流程图如图4。

　　DS18B20测温子程序流程图如图5。

　　键盘显现子程序流程图如图6。

　　5、定论

　　本体系以AT89C2051芯片为操控中心部件，选用直流PTC热敏电阻为加热资料，运用硬件电路和软件编程完成了对PTC热敏电阻的次序操控，处理了其在启动时冲击电流很大的问题，到达了快速恒温操控的意图。该体系运用安全，快捷，可使用在医疗输液恒温加热、家用电器中的干燥器、加热器等范畴；别的，该体系一起也提出了一种操控大电流的办法，为单片机驱动大电流器材供给了一种牢靠的根据，具有广泛的使用价值。