基于单片机的多路温度控制器硬件设计

摘要：多路温度控制器是研究温度的实时采集与检测技术。详细介绍基于单片机的多路温度控制系统。该系统采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。重点描述该控制器的硬件组成和电路设计。

关键词：温度控制 单片机 硬件设计 检测技术

中图分类号：TP368.11 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）02-0021-02

1 引言

随着电子技术的飞速发展和超大规模集成电路设计以及制造工艺的进一步提高，单片机技术已被被广泛的运用到国防、工业、农业及日常生活中的各个领域。单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异更新。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。

2 工作原理及系统结构

用单片机系统对温度进行实时采集与控制，即用温度传感器AD590对外界温度进行实时采集，采集回来的实际温度与设定的两个温度进行比较来控制风扇和加热器的工作，同时要在数码管上显示出温度。而且我们可以通过按键随意的设定两个温度值（在0℃—99℃）。主要解决的是要对传感器AD590采集回来电流信号首先要转换为电压信号接着要对它进行调理，调理后的模拟量要通过A/D转换TLC2543转换为数字信号再送给单片机处理。

系统的结构框图如图1所示：

3 系统硬件设计

3.1 电压基准电路

由于模数转换需要的参考电压VREF比较精确，一般的稳压电源可能无法满足要求，故采用TL431精密稳压源来提供， 如图2所示，调整电位器R5可获得2.5V——5V的输出电压VREF。经过运放组成的二倍放大器为AD590提供电压基准，这样做可抵消一部分TL431因为温漂带来的误差。

Vref =（1+R5/R4）V3 V3=2.5V

Vref（max）=2×2.5=5V VTREF=（1+R9/R10）Vref=2×5V=10V

3.2 电压调理电路

温度测量部分采用集成温度传感器AD590。它的非线性为0.8℃，测温精度为0.3℃，其测温重复性优于0.1℃。预算放大器用OP07超低漂移高精度运算，其共模抑制比达120dB，增益达104 dB，温漂仅为0.7Mv/℃，并且还具有小偏置电流，失调电流等特性，对于保证小信号的低噪音起到决定性的作用。经过调整的采集信号送给A/D转换器进行A/D转换后由单片机进行处理。

AD590的输出电流凯式温度（°K）成正比，0°K时输出0A，每°K电流增加1微安。简单实用的AD590接口是串接一个10KΩ电阻再接地，即可产生10*（273.2+T℃）毫伏，这个电压先经一个运算放大器所组成的缓冲器，以避免负载效应。当0℃时，VA=10*273.2mV =2.732V、100℃时，VA=10*3.732mV=3.732V，不是很人性化，如果将VA减去2.732，则0℃时VA为0V、100℃时VA为1V，温度每增加1℃，VA增加0.01V，这样比较容易被接受！我们利用一个运算放大器构成减法器，以进行减法功能。用数字万用表测VB，调整电位器VR56，让VB为1.366V，则VC=-（VA-2.732）。在使用TLC2543将此电压转换成数字信号时，若TLC2543的参考电压为5V的话，其Vlsb为50mV，则还需将VC再放大-5倍，使温度增加1℃时，VC增加0.05V，如图3所示。

3.3 风扇驱动电路

风扇驱动电路前级采用用光电耦合器进行强弱电路隔离，有效的降低了后级强电流对前级控制系统的干扰。后级采用两级放大电路，以满足功率要求，如图4所示。

3.4 加热驱动电路

加热驱动电路采用了光电耦合器件和大功率场效应管组成的固态继电器，可达到无触点无火花地接通和断开电路的目的，如图5所示。

前级采用光电耦合器进行强弱电路隔离，有效的降低了后级强电流对前级控制系统的干扰。后级我们使用了动态内阻小，功耗低的N沟道MOSFET管，IRF3710极限ID为40A，完全能够满足条件。

3.5 显示电路

同时使用多个7段LED数码管时，可采用扫描式显示，即将每个7段LED数码管的a，b，c，d，e，f，g都连接在一起，再使用7448及74LS49输出高电平来推动共阴极7段LED数码管晶体管分别驱动每个7段LED数码管的共同引脚com，如图6所示。

4 结语

本文讨论了基于单片机的多路温度控制器硬件设计方案，由单片机系统对温度进行实时采集与控制，将实际温度与设定的两个温度进行比较来控制风扇和加热器的工作。本文重点介绍了多路温度控制的整体框架结构、硬件组成和电路设计。

参考文献

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