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基于AT89C2051的热敏电阻恒温控制系统
2016-4-29深圳鹏芯集成电路有限公司
现有的加热器大都采用电热管、电热丝等传统器件加热，电热管的外壳为不锈钢制成的钢管，内有发热元件电阻丝，加热时通过电阻丝及钢管向外界传热，当空气不流动时，电热管的热量就散不出去，温度会越来越高，严重时会烧毁电热管，甚至发生火灾。而PTC热敏电阻作为发热材料，具有节能恒温、无明火、安全性好、发热量较易调节、受电源电压的波动影响小、升温迅速等特点，因此，设计使用PTC热敏电阻做加热材料的恒温加热系统对安全度要求较高的应用是很有意义的。
AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，期间采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容MCS-51指令系统，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位定时/计数器，1个5向量两级中断结构，1个全双工串行通信口，内置1个精密比较器，片内振荡器及时钟电路。采用AT89C2051为控制核心，PTC热敏电阻对加热区域进行加热，数字温度计DS18B20实时采集温度，由外设键盘设定所要加热温度值的上限和下限，通过实时采集到的温度值与设定温度值的比较，确定是否达到所设定的温度范围，由AT89C2051控制多路继电器实现对多片PTC热敏电阻工作状态的开关控制，使加热区域温度维持在设定的温度范围内。
数字温度计DS18B20DALLAS公司生产的单总线器件，有线路简单，体积小的特点。对AT89C2051单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备，数据和命令的传输都是低位在先。
系统上电后，首先进行初始化，对寄存器和I/O端口进行设置。当检测到按键有效信号，读取按键数据，传递给单片机并送显示模块显示，键盘设定结束后置标志位，单片机检测到此信号后，开启第1路继电器进行加热。此时初始化数字温度计DS18B20进行温度测量，并将测得实时温度数据送单片机处理，再由显示模块显示。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，如实测温度高于设定温度的上限，转到继电器关闭处理程序，检测每一路继电器的开、关状态，按照第3路、第2路、第1路的顺序关闭继电器(每执行1次关闭1路继电器);如实测温度低于设定温度的下限，转到继电器开启处理程序，检测每一路继电器的开、关状态，按照第1路、第2路、第3路的顺序开启继电器(每执行1次开启1路继电器)。在之后的系统工作中始终循环测温～温度值比较～开启或者关闭继电器这样的流程，以达到对加热区域温度恒温控制的目的。
本系统以AT89C2051芯片为控制核心部件，采用直流PTC热敏电阻为加热材料，利用硬件电路和软件编程实现了对PTC热敏电阻的顺序控制，解决了其在启动时冲击电流很大的问题，达到了快速恒温控制的目的。该系统使用安全，便捷，可应用在医疗输液恒温加热、家用电器中的干燥器、加热器等领域;另外，该系统同时也提出了一种控制大电流的方法，为单片机驱动大电流器件提供了一种可靠的依据，具有广泛的应用价值。
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