發(fā)射臺(tái)真空器件庫恒溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：介紹了運(yùn)用AT89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)的發(fā)射臺(tái)真空器件庫恒溫控制系統(tǒng)，并結(jié)合DS18B20數(shù)字式溫度傳感器，以及相關(guān)的外部電路分析了利用AT89C52的優(yōu)點(diǎn)。介紹了實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入、實(shí)時(shí)監(jiān)測、自動(dòng)溫度調(diào)節(jié)的方法。重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成、各部分的主要作用及系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)思路和流程。此系統(tǒng)成本低、工作可靠，移植性好，具有很高的應(yīng)用和借鑒價(jià)值。
關(guān)鍵詞：溫度傳感器；恒溫控制；真空器件

0 引言
發(fā)射臺(tái)使用了許多真空器件，例如，真空電容、真空電子管、真空開關(guān)等。真空器件是播出設(shè)備的核心器件，消耗量較大，屬于貴重器材，需要合理備份、妥善保管。由于真空器件對周圍環(huán)境溫度、濕度的特殊要求，故真空器件庫要求滿足恒溫和干燥的條件。目前，無線局各臺(tái)站的真空器件庫一般采用手工控制和人工監(jiān)測的方式實(shí)現(xiàn)恒溫控制，這種方法準(zhǔn)確性低、穩(wěn)定性較差，還必須安排專人負(fù)責(zé)。
為了更有效地保存真空器件備件，本文實(shí)現(xiàn)了一個(gè)能自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境溫度的真空器件庫恒溫控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)為控制核心，通過溫度采集電路，實(shí)時(shí)檢測真空器件庫內(nèi)的環(huán)境溫度，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的溫度閾值，控制真空器件庫內(nèi)均勻分布的加熱設(shè)備的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)。用戶可以在現(xiàn)場使用鍵盤設(shè)置目標(biāo)溫度值，也可以在現(xiàn)場數(shù)碼管顯示屏上直接觀察真空器件庫當(dāng)前室內(nèi)環(huán)境溫度值和用戶設(shè)置的目標(biāo)溫度值。系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測真空器件庫環(huán)境溫度值和目標(biāo)溫度值的變化，通過溫控驅(qū)動(dòng)電路控制加熱設(shè)備的工作狀態(tài)，確保真空器件庫的恒溫、除濕，避免了因保存溫度、濕度不合適而造成的真空器件性能降低及損壞。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理
發(fā)射臺(tái)真空器件庫恒溫控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)的基本硬件電路包括：溫度采集、鍵盤輸入、溫度顯示、電源、溫控驅(qū)動(dòng)、加熱設(shè)備、報(bào)警和指示燈，以及A1789C52單片機(jī)。

為了更好地保持真空器件庫室內(nèi)環(huán)境溫度恒定，系統(tǒng)采用閉環(huán)控制方式。由AT89C52單片機(jī)完成邏輯判斷和控制，晶振頻率采用12MHz，通過循環(huán)訪問的方式，訪問真空器件庫內(nèi)均勻分布的DS18B20數(shù)字溫度傳感器，采集真空器件庫內(nèi)的環(huán)境溫度值。為了不頻繁啟動(dòng)加熱設(shè)備，目標(biāo)溫度由用戶通過鍵盤輸入后，系統(tǒng)自動(dòng)生成目標(biāo)溫度上限值和下限值。單片機(jī)以一定的頻率將檢測到的環(huán)境溫度值與用戶輸入的目標(biāo)溫度值進(jìn)行比較。當(dāng)真空器件庫環(huán)境溫度值低于設(shè)置的目標(biāo)溫度下限值時(shí)，溫控驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)加熱設(shè)備加溫，溫度上升到目標(biāo)溫度下限值以上時(shí)，停止加溫；當(dāng)真空器件庫環(huán)境溫度高于設(shè)置的目標(biāo)溫度上限值時(shí)，溫控驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)降溫電路降溫，溫度下降到目標(biāo)溫度上限值以下時(shí)，停止降溫。

2 硬件電路設(shè)計(jì)
2．1 溫度采集電路
溫度采集電路采用溫度傳感器DS18B20來實(shí)現(xiàn)溫度的采集和轉(zhuǎn)換。DS18B20是一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出所測溫度。測量輸出信號(hào)為數(shù)字量，可以直接和單片機(jī)進(jìn)行通信，從而降低外圍電路的復(fù)雜度。溫度采集電路如圖2所示。

DS18B20把采集到的溫度通過數(shù)據(jù)引腳傳到單片機(jī)的P3．0口，每一片DS18B20有唯一的48位序列號(hào)，在出廠前已寫入片內(nèi)ROM中，單片機(jī)通過讀ROM(33H)命令將該DS18B20的序列號(hào)讀出，經(jīng)過匹配，即可逐一讀回每個(gè)DS18B20的溫度數(shù)據(jù)。雖然DS18B20具有測溫簡單、精度高、連接方便和占用I／O口少等優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)單總線上所掛的DS18B20超過8個(gè)時(shí)，就需解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題。另外，連接DS18B20的總線電纜的長度有限制，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長度超過50m時(shí)，讀取的測溫?cái)?shù)據(jù)會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤，這主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變引起的。因此，進(jìn)行多點(diǎn)測溫和長距離測溫電路設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。
2．2 鍵盤電路
考慮實(shí)際應(yīng)用情況，鍵盤電路設(shè)計(jì)采用矩陣式和中斷掃描相結(jié)合的方式。矩陣式鍵盤由行線與列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上，按鍵數(shù)量較多時(shí)可以節(jié)省單片機(jī)I／O接口的占用。系統(tǒng)使用過程中，鍵盤大部分時(shí)間基本不工作，因而中斷掃描方式可以提高單片機(jī)處理器工作效率。當(dāng)鍵盤有按鍵動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生中斷，單片機(jī)處理器響應(yīng)鍵盤中斷，執(zhí)行鍵盤中斷程序，判別鍵盤按下鍵的鍵號(hào)并做相應(yīng)處理。在本系統(tǒng)中，單片機(jī)的I／O接口充裕，因此鍵盤電路直接連接單片機(jī)I／O接口。鍵盤接口電路如圖3所示。

鍵盤的數(shù)字鍵(0～9)、確認(rèn)鍵(OK)、清除鍵(Del)等12個(gè)按鍵以四行三列方式連接到單片機(jī)的P0口，設(shè)置鍵(Set)與單片機(jī)的腳相連，而硬件復(fù)位鍵(ReSet)與R、C構(gòu)成復(fù)位電路。需要注意的是，用單片機(jī)的P0口連接鍵盤時(shí)，要給P0口的各I／O接口提供上拉電阻。