压电参数测试系统中恒温器的设计

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摘 要：本文设计了一种压电参数测试系统中使用的恒温器。以AT89S52单片机为主控制单元，以DS18B20为温度传感器的温度控制系统。硬件电路主要包括测温电路、按键电路、温度控制继电器电路、LCD液晶显示电路，AT89S52单片机最小系统等。结合相应的控制程序，控温范围为0～400℃。

关键词：压电参数测试；温度控制；DS18B20

1 概述

压电材料是一类重要的高新技术材料，在信息激光、导航和生物等领域应用广泛。压电材料参数对于压电材料的性能表征有着不可估量的作用。在压电材料参数测试系统中的恒温控制器对于测量各项参数随温度的变化曲线有着重要作用。本文设计了一种以AT89S52单片机为主控制单元，以DS18B20为温度传感器的温度控制系统。恒温控制器的硬件电路，包括测温电路、按键电路、温度控制继电器电路、LCD液晶显示电路，AT89S52单片机最小系统等；软件部分主要包括主程序，读出温度子程序，计算温度子程序、按键处理程序、LCD显示程序以及数据存储程序等；最后，通过对整个系统进行调试、分析。最终实现温度采集、显示、控制等功能。

2 恒温器电路设计

本设计采用单片机和温度传感器相结合对温度进行实时采集测量及控制。温度传感器对周围的温度采集，将采集到的数据进行转换，在由单片机送给1602，同时我们也可以通过按键设置温度范围，单片机控制继电器的吸合或断开来模拟控制温度，这样温度就可以控制在我们要求的范围内，并将控制过程中相关温度信息通过LCD实时显示。整体电路如图1所示。

本设计的核心部件就是单片机系统，单片机芯片的选择与整个设计息息相关。通过对几种单片机芯片的对比从多方面考虑本设计将采用单片机AT89S52 作为整个设计的重要核心。AT89S52是低功率的高性能8位单片机，它包含8 k的可以反复删除数据的只读存储器，设备采用高密度非易失性存储技术，兼容标准的C51系统命令，芯片包含普通8位CPU和存储单元。AT89S52能够为很多嵌入式的控制系统提供可靠的解决方法。

控制电路与设计系统和芯片两个端口连接，由于在控制时芯片输出的信号比较小，所以我们考虑需要接入驱动，这样后续电路才能正常工作，考虑到系统刚上电有一个短暂的高状态，所以我们选用9012。当检测温度不在我们设定的温度范围之内，与之对应的端口就会发出一个低状态信号，此时驱动器件就会导通启动工作，这样kV的内部就出现两种不同电压，这样使整个控温电路导通，后面的温控负载就会工作对周围温度做出相应改变。如果周围的温度达到我们的要求，系统核心就会发出一个信号，这时控温电路就停止工作。

温度设置部分采用3个按钮，3个按钮对应的功能也不同。S3 被按下后设定温度值就会升高，S3与P3.6 口相接；S2被按下后设定温度值就会下降，S2与P3.5 口相接。按钮的按下与否就会影响对应芯片接口的信号状态发生变化，整个过程中产生一个停止，然后读取键盘值。

3 控制流程

利用LCD1602显示采集到的温度，设定的最低和最高温度。显示分辨率为0.1℃。当每按下一次设定温度下降按钮时，设定的温度就会加一，最高为400℃。当每按下一次设定温度下降按钮时，设定温度就会减一，最低设定为0℃。如果设置的最高温度值比采集的实时的温度值还大那么单片机就会控制对应的继电器发生动作。这样就可以是温度控制我们需求的范围内。

温度控制程序的设计应考虑如下：

①键盘扫描、键码识别和温度显示；

②温度采集、数据处理；

③越限处理。系统流程图如图2所示。

这里需要对程序进行调用，被调用的分别是显示、温度信号、按键设置、报警这几个模块的子程序。温度处理：对芯片送过来的数据进行处理和显示。LCD1602液晶显示：向LCD1602液晶的显示发送数据，控制系统的显示。按键设定：可以设定上限温度和下限，温度精度为0.1。温度传感器在采集温度前控制芯片会发出一个脉冲完成初始化。读温度子程序的主要功能是从DS18B20中读出温度数据。

4 结论

本文对压电测试系统中恒温器的硬件和软件设计的全过程进行了阐述。以单片机AT89S52 作为整个设计的重要核心，使用高精度测温传感器DS18B20，实时控温，精度达0.1℃。温度最高为400℃，最低为0℃。该恒温器能够为压电参数测试系统提供恒定的温度。

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基金项目：

河南省教育厅自然科学计划项目（14B510007，14B510005）；郑州市重点实验室（121PYFZX178）；郑州市科技局科技发展计划项目（20130679，20130685）；校级科研项目（KYZR201305，KYZR201306）。