原创 【TI博客大赛】基于MSP430单片机的实时温度曲线显示小型恒温箱的装置(专利已审批)

2012-9-18 11:29 4631 21 40 分类: EDA/ IP/ 设计与制造

 

     基于MSP430单片机的实时温度曲线显示小型恒温箱的装置      

1.         技术领域

本设计涉及致热致冷领域以及控制调节领域,具体涉及一种小型恒温箱温度的智能自动控制,属于电加热设备。

2.         背景技术

恒温箱广泛应用于各种领域,如实验研究领域,制药领域,食品保鲜领域等。一直以来,备受关注。就实验研究领域而言可涉及诸多方面,如光纤特性的研究,耐温材料的研究等。由于系统的特性,要想通过简单加热而把系统控制在一定的温度是十分困难的,必须通过一定的方法才能实现。

就目前而言,现有设备比较复杂,操作不简便,而且价格相对较高,对于实验教学,实验研究,以及小型应用场合来说,不可取。一方面,价格低一点的,温度控制不是很精确,箱内温度不均匀,而且波动很大,温度控制精确的设备成本也很高。另一方面,温度调节周期较长,达到稳定温度需要一段时间。例如专利201020275530.4装置复杂,成本较高,而且没有温度曲线实时显示功能,不能直观观察加热过程中箱内温度的变化,以及稳定后的波动情况;专利200720201623.0结构过于复杂,体积赘余部分太多,而且也没有实时温度曲线显示。

3.         内容

本设计的目的在于针对上述存在的问题,提供一种结构简单、体积小巧的恒温箱装置,可控温度范围为室温到不小于+150℃。

本装置优点:

1.     结构简单,操作简便。

2.     加热电阻丝和风扇采用PID算法,温度控制精确。

3.     电阻丝结构巧妙设计,启动加热到温度稳定时间短。

4.     液晶屏实时显示温度曲线(以设定温度为参考线)、温度值、设定温度值、加热占空比、风扇占空比、PID调节参数等信息和参数。

本设计提供的恒温装置主要包括:恒温箱部分、MCU控制部分、设置部分、显示部分、电源部分。装置框架图如下:

 

1.jpg

MCU控制部分为MSP430低功耗单片机,通过程控,达到系统的协调统一,控制各个部分分时工作。设置部分为四个独立按键,可设置温度参数,以及显示的切换,功能选择的操作。显示部分为通用型带字库12864液晶显示器件。电源部分使用36V10A开关电源通过外置稳压芯片,实现各部分的供电。恒温箱为装置主体部分,壳体为PVC耐温保温材料,内置加热电阻丝、搅动风扇和PT1000温度传感器。

加热装置位于最下面,正上方几毫米处放置搅动风扇。电阻丝连接36V,使用PID算法控制固态继电器,进而控制加热的强度。搅动风扇连接12V使用PID算法控制L298,进而控制风扇转速,实现箱内温度处处一致以及降温。

4.         附图说明

1.     图1为总体结构示意图。

2.     图2为恒温箱部分示意图。

3.     图3为电源部分示意图。

4.     图4为设置部分、MCU控制部分、显示部分示意图。

5.         具体实施方案

1.     各部分结构说明

见附图:

1.1电源部分;1.2设置部分;1.3MCU主控部分;1.4恒温箱部分;1.5显示部分。

2.1 PT1000温度传感器;2.2箱体外壳;2.3搅动风扇;2.4加热电阻丝。

3.1交流220V±20%输入;3.2  36V10A开关电源;3.3  12V三端稳压芯片7812;3.4  5V三端稳压芯片7805;3.5  12V输出接口;3.6  5V输出接口;3.7  36V输出接口;3.8  GND输出接口。

4.1按键设置部分;4.2控制加热电阻丝固态继电器;4.3控制搅动风扇L298芯片;4.4  MCU主控部分;4.5  LCD12864通用液晶显示器件。

2.     各部分具体实现说明

2.1恒温箱部分

恒温箱外壳材料为PVC塑料,此材料熔化温度:185~205℃,具有成本低、不易燃性、高强度、牢固耐用、耐气侯变化性以及优良的几何稳定性。 PVC对氧化剂、还原剂和强酸都有很强的抵抗力。

箱内最下面放置加热电阻丝,电阻丝为螺旋状成“Z”型安置,这样有效加热面积变大,电阻丝端点用铜柱固定在下基板,通过接线端子外接引线。电阻丝上面使用铜柱架空搅动风扇,风扇引线也用铜柱固定在下基板,通过接线端子外接引线。PT1000温度传感器安置在顶盖上,温度传感器几乎在箱体中央,在不影响使用的情况下,提高测温准确度。温度传感器在顶盖引线接至MCU控制器。

原则上说,在箱壁开小孔不影响系统稳定性,实验证明确实如此。

2.2  MCU控制部分

主控制芯片选用MSP430单片机,性能稳定,低功耗。

电阻丝采用36V供电,使用PID算法,通过MCU控制固态继电器给电阻丝加热。使加热迅速,达到设定时间段,且稳定时温度漂移小。

搅动风扇采用12V供电,使用PID算法,通过MCU控制L298驱动芯片,控制风扇转速。使风扇转速随着加热强度的不同而改变,可达到更稳定的控制效果。

2.3  设置部分

设置部分为四个独立按键,任意按键按下即可触发中断,通过程序控制,不同系统状态下,具有不同功能。例如设置目标温度值、启动加热系统、显示温度曲线等。

2.4  显示部分

显示元件采用LCD12864通用字符型点阵显示液晶,可程控显示各种曲线,以及汉字数字等常用字符。

本设计显示内容有:实时温度曲线、加热占空比、风扇占空比、PID算法参数、设定温度、实时温度、功能选择界面等。其中实时温度曲线在屏幕中央以一条横向虚直线显示设定温度,可以直观地显示出实时温度和设定温度之间的关系,便于观察箱内实时情况。

2.5  电源部分

电源部分采用220V交流市电供电,波动范围可达±20%,再经过36V10A大功率稳压开关电源到36V,经过两级稳压产生12V和5V直流电压,分别给不同部件供电。其中稳压芯片分别为7812和7805。

3.     以光纤特性研究为例说明使用操作步骤

1.       接通系统总电源。

2.       安放光纤。

3.       检查无误,打开系统总开关。

4.       等待系统初始化,屏幕显示初始化界面。

5.       初始化后,按键选择功能,先设置预定温度,随后启动加热系统,系统自动启动加热曲线显示。

6.       等温度稳定后,可进行相关实验。

7.       实验结束,关闭仪器,整理器材。

6.         附图

 

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文章评论19条评论)

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用户294564 2013-4-18 12:20

专利申请文件

用户252703 2013-3-14 12:40

没看到详细内容,感觉像现在的论文一样,

用户431913 2012-11-18 21:55

想看看电路设计

用户1619366 2012-9-27 09:08

xuexixuexi.

用户1640890 2012-9-22 11:30

还行,就是里面有些错别字,致冷致热???

用户377235 2012-9-20 15:22

我喜欢

用户294564 2012-9-19 15:01

是的呀,批下来了

用户377235 2012-9-19 09:37

申请了专利??

用户377235 2012-9-18 19:02

很好!思路不错!

用户377235 2012-9-18 18:54

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