恒溫培養(yǎng)箱智能溫控器的研制

1.3 降溫控制電路
由上述分析可知，當需要降溫時，IC9B的⑦腳輸出低電平。該低電平經過非門IC7B反相后使與非門IC10C（74LS10）的⑨腳為高電平。同時IC9B的⑦腳輸出的低電平使IC10B的③腳為低電平，此低電平將與非門IC10B關閉，升溫電路不能工作。單片機自動識別出恒溫箱需要降溫時，將P2端復位（輸出低電平），P0端輸出占空比為1：1的方波，P2端輸出的低電平經過IC7A反相后輸入到IC10C的（11）腳，使與非門IC10C的（8）腳輸出方波。三極管9013、大功率場效應管Q1隨方波斷續(xù)工作，半導體制冷器得電工作，恒溫箱開始降溫。
當恒溫箱的溫度降到設定的溫度值時，WDJ斷開，由上述對升溫電路的分析可知，降溫電路停止工作。但由于此時恒溫箱仍處于降溫工作狀態(tài)，單片機的P2端為低電平，此低電平將與非門IC10B關閉。電熱板不能工作。半導體制冷器停止制冷后，恒溫箱的溫度開始上升，經過一段時間后，WDJ導通，根據上述分析可知，半導體制冷器又開始對恒溫培養(yǎng)箱進行降溫。以后的降溫控溫過程與升溫控溫過程相似，其不同點是降溫控溫電路用單片機P0端輸出的調整后的方波控制半導體制冷器的工作時間。最后恒溫箱從外界吸收的熱量與半導體制冷器從箱內吸收的熱量基本達到動態(tài)平衡，從而使控制精度達到較高水平。
1.4 溫度異常報警電路
控溫電路正常工作時，電接點水銀溫度計的通、斷周期一般為數十秒。若升、降溫控制電路發(fā)生故障，此周期必然發(fā)生異常。根據恒溫箱體積的大小設定周期的上限值（在計時程序中設定）。當該周期超過上限值時，單片機的P3端輸出低電平，經IC7F反相后使三極管Q2飽和導通，自帶音源微型直流音響器SP得電工作，發(fā)出報警聲。
2 軟件設計
該控制軟件由主程序、外部中斷服務程序、內部定時器中斷服務程序等三部分組成。各程序的流程圖如圖2所示。
3 可靠性設計
該溫控器對電熱板和半導體制冷器這些升、降溫元件的控制采用可控硅和場效應管等半導體器件，改變了用繼電器控溫的傳統做法，消除了繼電器觸點容易氧化而接觸不良易造成溫度失控的弊端。
采用了MAX公司生產的微處理器監(jiān)控電路，當程序跑飛后，在1.6s內WDI端得不到脈沖信號,WDO端輸出低電平,使IC10A的（12）腳輸出高電平,IC1被復位,有效地防止了程序跑飛后而造成溫度失控的現象。
程序設計中,在未使用的中斷入口處和程序存儲器的空白區(qū)的適當地方加入了軟件陷井,可有效地防止程序跑飛。
升、降溫誤判的自動糾正。當單片機處于升溫狀態(tài)且剛剛達到預定溫度而停機，正好此時停電且又突然來電，此時單片機將重新啟動并誤判恒溫箱應處于降溫狀態(tài)。同理當單片機處于降溫狀態(tài)時也有類似情況。單片機能夠對此誤判自動進行糾正。其做法是單片機復位后，根據檢測的升、降溫狀態(tài)自動控制升、降溫設備工作。若數分鐘（根據箱體容積大小由軟件設定）內電接點水銀溫度計的狀態(tài)未發(fā)生變化，則說明升、降溫判別有誤，單片機隨即改變P2端的電平，從而改變了升、降溫的狀態(tài)。
4 元件選擇
MOC3042：該器件的輸入部分是一只砷化鎵發(fā)光二極管，輸出部分相當于一個帶有過零檢測器的光敏開關。當發(fā)光二極管通過5～15ｍＡ的正向電流時，發(fā)出紅外光，而輸出部分只有受到紅外光照射，并且輸出端電壓接近零時才導通。
MAX705：該器件具有上電、掉電狀態(tài)下的復位和看門狗輸出功能。當看門狗輸入端WDI維持高電平、低電平時間達1.6s時，其內部WATCHDOG定時器則被清零。當上電、掉電時，RESET端會輸出一個200ms低脈沖。
SP：SP為YMD-12015-05型自帶音源微型直流音響器。
WDJ：WDJ為電接點水銀溫度計，用來設置恒溫箱的控制溫度值。
SCR：雙向可控硅SCR可根據負載功率大小選擇額定電流，其耐壓應大于600Ｖ。
Q1：Q1為IRF9Z30型大功率MOS管，使用時應加散熱片。
電熱板：根據箱體大小選購適當功率的電熱板。
半導體制冷器：選用洛陽市夏林電子電器廠生產的TECI-7103型半導體制冷器。該制冷器的最大溫差是67℃
5 結束語
本文作者創(chuàng)新點是研制了基于單片機的升溫與降溫雙重高精度控溫功能的智能溫控器。該溫控器自動化程度高，控溫誤差小，可靠性好。將其應用于由報廢冰箱改造的恒溫培養(yǎng)箱中，測試表明，控溫效果良好。