溫箱溫度控制設計

摘要：針對溫箱控制過程中出現的精度低，穩定性差等問題，設計了一種基于MSP430F149單片機的高精度溫箱溫度控制系統。系統采用鉑電阻溫度傳感器及12位A／D轉換器實現了溫箱溫度精確測量，并利用低功耗MSP430F149單片機及加熱和降溫系統實現了對溫箱溫度的精確控制。通過不同溫度下測量實驗，表明溫箱溫度控制系統性能穩定可靠。從而在-50～150℃溫度范圍內，溫箱控制精度可以達到±0．5℃。
關鍵詞：MSP430F149；高精度；溫度控制；可控硅

0 前言
隨著社會的發展，人們對溫箱的應用和需求越來越廣泛，在工業生產、日常生活和科學實驗中，我們隨處都可以看到溫箱的應用。目前，在溫箱的控制過程中還存在一些不足之處，比如控制精度低，穩定性比較差等。因此，針對溫箱控制過程中出現的問題，需要設計一個高精度的智能化溫箱控制系統，實時地對溫箱的溫度變化、運行狀況和功能狀態等進行控制。本文在研究溫度采集發展現狀和趨勢的基礎上，設計了一種基于微控制器MSP430F149的溫箱控制系統。
本系統以單片機MSP430F149為控制核心，采用鉑電阻溫度傳感器，對溫度信號進行測量控制，并實現數碼管數字顯示，可通過按鍵對溫度進行目標溫度值的設置，從而使系統能夠根據現場情況，自動啟動壓縮機或者加熱絲，對溫箱的實際溫度實現自動調節。本系統結構簡單、經濟性好、實時性強。通過實驗證明，系統可以達到高精度的溫箱溫度采集，實時地顯示溫箱的溫度，準確及時地控制整個系統運行，并具有體積小巧、安全、穩定和可靠等特點，有良好的可擴展性。

1 系統結構框圖及其工作原理
系統總體框圖如圖1所示，由溫度傳感器、信號調理電路、A／D轉換器、鍵盤、LED數碼管、MSP430單片機、電熱絲、隔離·驅動、可控硅、壓縮機12部分組成。本溫箱控制系統采用的主要芯片MCU是單片機MSP430F149。主要的器件有：溫度傳感器鉑電阻芯片、壓縮機、加熱絲和風扇等。

其工作原理是鉑電阻采集到溫度信號經過信號調理電路送到A＼D轉換器進行模數轉換，得到的數字信號傳送到單片機的控制中心進行處理判斷，然后由單片機輸出控制信號，經過隔離驅動電路控制可控硅，對加熱絲或壓縮機進行控制。

2 系統單元電路設計
系統的硬件電路主要由溫度采集、溫度控制和溫度顯示三大部分構成。本系統的硬件由單片機MSP430F149、電源電路、溫度采集電路、溫度控制電路、數碼管顯示電路等構成。
2．1 電源電路設計
本系統需要使用+5V和+3．3V的直流穩壓電源，其中MSP430F149及部分外圍電器需要+3．3V電源，其它部分需要+5V電源。在本系統中，以+5V直流電壓為輸入電壓，+3．3V由+5V直接線性降壓，其中采用HT7333作為穩壓芯片。如圖2所示。

2．2 溫度傳感器采集電路
PT100溫度傳感器是一種以鉑(Pt)制成的電阻式溫度傳感器，屬于正電阻系數，其電阻和溫度變化的關系式如下：R=R0(1+aT)，其中a=0．00392，R0為100 Ω(在0℃的電阻值)，T為攝氏溫度。