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1、单片机技术教案单片机技术教案课次：学时：日期：年月日星期教学名称教学名称单片机应用实例 2温度控制系统教学目的教学目的了解测控系统的典型硬件结构及常用元器件，软件结构教学重点教学重点输入通道结构教学难点教学难点温度测量算法及 PWM 实现原理环环节节时间时间内内容容方法与说明方法与说明9.4 温度控制系统医院使用的婴儿培养箱主要用于早产儿、病儿的体温维持。经调研发现，医院现用的培养箱的温控系统存在着不足之处，主要在于温度采样点只有一个，不能全面反映培养箱内的温度状况，而基于这样的单点采样的温控系统就不能对整个温箱进行很好的预期的温控，于是就会造成被控对象温度不均匀的现象出现。本设计中采用四个温
2、度传感器分别置于温箱内的四周，单片机轮流采集各个传感器的温度值，综合考虑箱内温度后，再决定电热丝发热功率、风扇的转速，并输出波进行控制。而且当箱内温度不均匀时，由风扇加快箱内空气流动加以改善。根据临床实践,本系统要达到的技术参数如下:电源：+5V，15V，15V；使用环境：2030；控温范围：室温38；显示设定温度和箱内的实时温度，控制精度误差0.5；能显示加热功率点、风扇转速点；保养箱温度可预置；温度超出设定值 2时发声光报警；箱内最大温差大于 2时，启动箱温均匀功能；降温过程不做限制1.硬件设计硬件部分的总体框图如图所示。单片机技术教案单片机技术教案课次：共页 第页环环节节时间时间内内容容
3、方法与说明方法与说明控制器件：以 AT89S52 单片机为控制核心。图 713 所示为控制系统。显示部分：本系统要求显示培育箱内的温度以及电热丝和风扇的功率点。温度用三位数码管显示（两位整数和一位小数），功率部分可以 LED 发光柱。在本系统中单片机的引脚资源比较紧张，没有直接用单片机的 I/O口去驱动数码管，而是用一块数码管显示的接口芯片 MAX7219 来完成数码管的驱动。MAX7219 是美国 MAXIM（美信）公司推出的多位 LED 显示驱动器，采用线串行接口传送数据，可直接与单片机接口，用户能方便修改其内部参数，以实现多位 LED 显示。它内含硬件动态扫描显示控制，每枚芯片可驱动个
4、LED 数码管。显示部分如图所示。单片机技术教案单片机技术教案课次：共页 第页环环节节时间时间内内容容方法与说明方法与说明按键部分：本系统需要设定培育箱内温度的值，所以连了 3 个按键。3 个按键的功能分别是：按键 C 实现设置温度时在十位、个位和十分位之间的切换；按键 A 实现十位、个位或者十分位的数值加一；按键 B 实现十位、个位或者十分位的数值减一。这样只占用了 3 个 I/O 口,通过 3 个按键就能完成系统温度的设置。功率部分：本设计中由于要使用大功率的器件（电热丝和风扇），为了保证大功率部分不干扰单片机部分，使用了两个固态继电器。（a）风扇接口电路（b）电热丝接口电路传感器部分：A
5、D590是电流型集成温度传感器，在一定温度下，它相当于一个恒流源,不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰，且具有很好的线性特性。工作电压范围为430 V,测温范围为-55+150,线性电流输出1A/K,它是两端器件,使用非常方便。而且，电流型比电压型的测量精更高。本系统中使用了4个传感器，分别安装在培育箱内部的四角，这样能比较全面的掌握箱内的温度情况。图716所示为一路传感器的应用电路图。单片机技术教案单片机技术教案课次：共页 第页环环节节时间时间内内容容方法与说明方法与说明信号处理部分：信号处理部分把 AD590 输出的电流信号转化为电压信号，放大后送 A/D 转换器 ADC0809 转换
6、为数字量。A/D 转换部分：采用 ADC0809 作为 A/D 转换器。2.系统软件设计由于在箱内四角分别放置了一个温敏传感器，因此关键是怎样对采集到的四路温度信号进行处理。经过多次实验，总结出如下的方法：采样时间到来后，就对四个传感器进行三轮采样。分别对每一个传感器的测量值进行排序，取其中间值作为该传感器本次的测量值 t1、t2、t3、t4。然后求 T 和T，T 为 t1、t2、t3、t4 的平均值，T为 t1、t2、t3、t4 中任意两点间的最大差值。即)(T432141tttt4,3,2,1,|max|nmttTmnT 为该时刻箱内温度的实测值，T为箱内最大温差。若 T38或者 T(设定
7、值 t+2)时报警。T用于控制风扇转速。单片机技术教案单片机技术教案课次：共页 第页环环节节时间时间内内容容方法与说明方法与说明设 U1、U2 分别为输出给连接加热装置和风扇的两个固态继电器的控制信号：00100KU11Tt实测值设定值00100KU22T1K、2K为一确定常数，1K取得越大响应速度越慢，但是控制精度越高，反之1K越小响应速度越快，但是控制精度越底。2K取得越大响应速度越快，但是会对箱内婴儿 影响大，反之2K取得越小响应速度越慢，但是对箱内婴儿影响小。经过反复实验，发觉1K取 10，2K取 2比较合适。为了在不同的情况下，加热单元输出不同的发热功率、风扇工作于不同的风速，固态继电器的控制信号 U1、U2必须是脉宽调制波 PWM，通过调整每一周期的加热脉冲的宽度以达到目的。本系统中，设定控制信号的周期为 4S，用单片机定时器产生 20ms 的定时时间。这样在每一个 4S 里就可以按照某一占空比输出特定的控制信号了。主程序的和中断程序的流程如下：