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通用单片机实现精密温度控制器

发布时间:2017-09-29

在一些特殊的领域和场合,我们需要精密的温度控制,例如生物科学实验,生物组织研究,医疗临床测试,环境科学检测,生物企业试验等等。这些领域的实验设备就需要温度范围宽,温度控制精密的实验设备,数控干式加热控制器是最为合适的设备。我们用通用单片机外加一只AD转换芯片实现这一功能,性价比高,温度控制 ,设计要求是±0.3℃,大多数情况均可实现±0.2℃甚至±0.1℃的精密控制。可控温度范围宽,使用单相电源,而且允许电源电压比较大的波动。同时可允许客户在任意温度点自行校准并记忆校准值,即使掉电仍可保持校准数据数十年。生物实验设备也常称之为干式加热器,干浴器或金属浴。

 1.概述:
    在一些特殊的领域和场合,我们需要精密的温度控制,例如生物科学实验,生物组织研究,医疗临床测试,环境科学检测,生物企业试验等等。这些领域的实验设备就需要温度范围宽,温度控制精密的实验设备,数控干式加热控制器是最为合适的设备。我们用通用单片机外加一只AD转换芯片实现这一功能,性价比高,温度控制 ,设计要求是±0.3℃,大多数情况均可实现±0.2℃甚至±0.1℃的精密控制。可控温度范围宽,使用单相电源,而且允许电源电压比较大的波动。同时可允许客户在任意温度点自行校准并记忆校准值,即使掉电仍可保持校准数据数十年。生物实验设备也常称之为干式加热器,干浴器或金属浴。

    2.技术指标:
    温度范围:室温+5—150.0℃
    温控分辨率:0.1℃
    温控一致性:±0.2℃
    温控精度:±0.3℃
    使用电压:220V(50Hz)或110V(60Hz)±15%
    加热器功率:100W
    显示方式:LED或LCD

    3.控制框图:
精密温度控制框图
    4.电路结构:

    为了降低成本,我们不采用内置AD转换器的单片机,因为内置12bit AD转换器的单片机,价格普遍较高。我们仍采用通用廉价单片机外加一只小体积AD转换器来实现,这样的产品性价比更高 。通用单片机可选择的型号繁多,只要考虑其资源基本足够即可,例如I/O引脚,定时中断或外中断资源,在这个产品中不需要多余的资源,尽可能降低成本,提高产品竞争力。因为只要AD转换器的精度和稳定性达到要求,单片机处理的是数字信号,对测量精度没有任何影响。

    AD转换器可选择:AD7091,12bit,1Ch 8-Lead LFCSP封装。
    AD转换器可选择:AD7170,12bit,1Ch LFCSP封装。
    AD转换器可选择:AD7171,12bit,1Ch LFCSP封装。
    AD转换器可选择:AD7153,12bit,差分输入,2.7-3.6V,1Ch 10-MSOP封装。
    AD转换器可选择:AD7276,12bit,1Ch SOT23-6封装。等等

    AD转换器可选择:ADS1110,12-16bit,1Ch SOT23-6封装。等等

    单片机可选择的型号很多,考虑到这个电路的要求,使用4位7段数码管显示温度值,LED显示器需要12根I/O口线,与AD转转器的通信3根I/O口线,LED指示灯灯需要3根I/O口线,蜂鸣器控制和输出控制需要2根,键控输入需要3根,与存储器的I2C通信需要2根。一共需要25根I/O口线。当然,电路也可设计为部分输出和输入公用一些I/O口的方法,或者使用带低分辨率的AD转换器的单片机(价格也很便宜)使用一根AD口线来完成多个输入按键的功能,只需在程序上编写相应的电压识别代码即可当多个I/O口使用。

    这类单片几乎任何系列的单片机都有可选择的型号,例如C51内核的ATMEL的AT89C51,Winbond的W79E2051,台湾HOLTEkG公司的HT48系列,HT46系列。ELAN公司的EM78P447等,当然Microchip公司相应的单片机也有很多可选择的型号。可根据设计工程的喜好,性价比的选择,货源的采购难易程度选择相应的单片机型号。

    使用时,我们只要需要将期望的温度值设置好,可以 到0.1℃。按下“开始”键即可,约在20-30分钟左右,加热体(铝制金属模块)即可达到设置的温度值。4位7段数码管显示当前的温度值,此时即可把实验的载体放入恒温的加热体中进行实验和测试。


    5.一款控制产品实例外观图

一款开发产品实例外观图