基于PT100鉑熱電阻的高精度溫控風(fēng)扇設(shè)計(jì)

幸萬(wàn)杰，王麗娟

( 湖南文理學(xué)院，湖南 常德 415000 )

基于PT100鉑熱電阻的高精度溫控風(fēng)扇設(shè)計(jì)

幸萬(wàn)杰，王麗娟

( 湖南文理學(xué)院，湖南 常德 415000 )

基于MSP430G2553的檢測(cè)技術(shù)和控制技術(shù),設(shè)計(jì)一種溫度控制系統(tǒng)，涉及溫度檢測(cè)電路，顯示電路，鍵盤(pán)電路，執(zhí)行電路等。采用該系統(tǒng)可隨環(huán)境溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定。

溫度控制；微處理器；PT100溫度傳感器；OLED

0 引言

隨著智能化電器產(chǎn)品及節(jié)能技術(shù)不斷發(fā)展，對(duì)于普通風(fēng)扇而言，僅通過(guò)調(diào)節(jié)檔位控制轉(zhuǎn)速以及利用電源閉合或自帶定時(shí)器實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)機(jī)功能，已無(wú)法滿足市場(chǎng)對(duì)此類(lèi)產(chǎn)品的技術(shù)需求。由此，可實(shí)時(shí)跟隨溫度變化自動(dòng)控制風(fēng)扇及轉(zhuǎn)速等附加功能已被快速引用。本文主要介紹采用測(cè)溫范圍寬、精確度高的鉑熱電阻進(jìn)行溫度系統(tǒng)的測(cè)量與控制。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

溫控風(fēng)扇的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)電路主要包括OLED顯示模塊，溫度采集模塊和執(zhí)行電路模塊等。本文中硬件采用閉環(huán)設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋式調(diào)節(jié)。

圖1 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)

1.1溫度采集電路

溫度采集模塊采用PT100溫度傳感器，MSP430G2553單片機(jī)設(shè)有內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換，輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)采集，放大，可直接發(fā)送至單片機(jī)的A/D數(shù)據(jù)采集口P1．1進(jìn)行處理。單片機(jī)接收到信號(hào)后，與設(shè)定的溫度進(jìn)行比較，判斷打開(kāi)或關(guān)閉執(zhí)行電路。

圖2為溫度采集電路原理。

圖2 溫度采集電路原理

1.2OLED顯示電路

圖3所示為MSP430G2553與OLED進(jìn)行通信并在OLED上顯示原理圖。該原理圖由MSP430G2553的4個(gè)引腳和OLED組成，OLED中SPI接口用了時(shí)鐘和數(shù)據(jù)輸入線。其中，單片機(jī)的P2．0腳接OLED的DC（數(shù)據(jù)傳輸），P2．1引腳接OLED的RES（OLED復(fù)位引腳），P2．2引腳接OLED的SDA（輸入數(shù)據(jù)信號(hào)），P2．3引腳接OLED的SCK（輸入時(shí)鐘信號(hào)）。

圖3 顯示電路原理

1.3執(zhí)行電路

圖4所示為執(zhí)行電路原理，主要由MAX7219鎖存器芯片，D/A轉(zhuǎn)換，555定時(shí)器組成。

檢測(cè)溫度未達(dá)設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)通過(guò)控制P1．2，P1．3，P1．4三個(gè)I/0口輸出低電平，控制DAC0832關(guān)閉，使風(fēng)扇關(guān)閉。

室內(nèi)溫度上升至設(shè)定值時(shí)，P1．2，P1．3，P1．4三個(gè)I/O口分別發(fā)送高低電平使DAC0832輸出相應(yīng)電壓值控制NE555輸出波形，從而使NE555開(kāi)始工作，為風(fēng)扇提供電源。

室內(nèi)溫度下降至設(shè)定值時(shí)，P1．2，P1．3，P1．4三個(gè)I/O口發(fā)送低電平使DAC0832進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，從而使NE555停止工作，風(fēng)扇隨即停止工作。

圖4 執(zhí)行電路原理

1.4按鍵電路

圖5所示為該系統(tǒng)的按鍵控制電路，采用的非編碼鍵盤(pán)電路，硬件電路比較簡(jiǎn)單，共2個(gè)按鍵，其中key2為風(fēng)扇電源開(kāi)關(guān)，key3為緊急停止按鈕。

圖5 鍵盤(pán)電路

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)軟件程序。采用IAR公司的集成調(diào)試環(huán)境 Workbench 和 C-SPY語(yǔ)言調(diào)試器對(duì) MSP430G2553進(jìn)行編譯，可直接下載或在線調(diào)試。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用了模塊化的程序設(shè)計(jì)方式，含有主程序、顯示子程序、溫度采集子程序、鍵盤(pán)掃描子程序等。

溫控系統(tǒng)進(jìn)入執(zhí)行時(shí)，單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位處理，對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)，與基準(zhǔn)溫度（溫度上限值與下限值）進(jìn)行比較判斷，按照返回條件不同進(jìn)行相應(yīng)的處理。當(dāng)溫度大于上限值，NE555導(dǎo)通，發(fā)出占空比較大的脈沖，用來(lái)增大風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，進(jìn)行降溫處理；溫度小于下限值，NE555截止，關(guān)閉風(fēng)扇。主函數(shù)程序流程如圖6所示。

3 系統(tǒng)仿真

1）溫度低于設(shè)定值

當(dāng)溫度低于設(shè)定值，DAC0832輸出低電平，NE555關(guān)閉，不輸出任何波形。Multisim仿真如圖7所示。

2）溫度高于限定值

當(dāng)溫度高于限定值時(shí)，單片機(jī)通過(guò)控制P1．2，P1．3，P1．4三個(gè)I/0口，使DAC0832輸出對(duì)應(yīng)電壓，進(jìn)而控制NE555輸出矩形波的占空比，通過(guò)輸出不同占空比的矩形波控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。Multisim仿真如圖8所示。

圖6 主函數(shù)程序流程

圖7 溫度低于下限值DAC0832輸出的的波形

圖8 溫度升高時(shí)DAC0832輸出電壓（軟件模擬電壓升高）

3）溫度慢降至下限值

當(dāng)溫度從溫度較高降至限定值，單片機(jī)通過(guò)控制P1．2，P1．3，P1．4三個(gè)I/0口，使DAC0832輸出對(duì)應(yīng)電壓，進(jìn)而控制NE555輸出矩形波的占空比，通過(guò)輸出不同占空比的矩形波控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，慢慢降低轉(zhuǎn)速，直至風(fēng)扇停止。正常啟動(dòng)時(shí)NE555的仿真如圖9所示。溫度下降時(shí)，DAC0832仿真如圖10所示。

溫控系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行仿真見(jiàn)圖11。

圖9 正常啟動(dòng)時(shí)NE555的仿真

圖10 溫度下降時(shí)，DAC0832仿真（軟件模擬）

圖11 溫控系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行仿真

4 結(jié)語(yǔ)

本次實(shí)驗(yàn)采用PT100溫度傳感器，測(cè)溫精度高，機(jī)械強(qiáng)度高，耐壓性能好，傳輸距離遠(yuǎn)，功耗低，相對(duì)于其他傳感器呈現(xiàn)價(jià)格低廉、開(kāi)發(fā)成本便于控制的優(yōu)點(diǎn)。

采用430單片機(jī)編程軟件驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)和停止，能夠根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境溫度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)普通風(fēng)扇智能控制能力。系統(tǒng)功能完善，有較好的實(shí)用價(jià)值。

[1]薛小玲．電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)戰(zhàn)[M]．北京： 高等教育出版社，2015．

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[3]楊欣，萊?諾克斯，王玉鳳．等．電子設(shè)計(jì)從零開(kāi)始[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2010．

[4]趙晶．單片機(jī)控制OLED顯示系統(tǒng)研究[D]．重慶大學(xué)，2006．

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[7]洪利，章?lián)P，李世寶．MSP430單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)例詳解［M］．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010：107－115．

Fan Design with High-precision Temperature Control Based on PT100

Xing wanjie,Wang lijuan
( Hunan University of Arts and Science Changde 415000 China )

Based on the MSP430G2553 detection technology and control technology, to design a kind of temperature control system with temperature detection circuit, display circuit, keyboard circuit and executive circuit. The system can adjust the fan speed with the environmental temperature automatically, which has the feature of simple structure, stable work and reliable performance.

Temperature control; Micro processor; PT100 temperature sensor; OLED

TM502

A

1674-2796（2016）06-0008-04

2016-10-11

幸萬(wàn)杰（1996-），女，大學(xué)本科，主要從事建筑電氣與智能化方向研究。

常德市科技局資助指導(dǎo)性科技計(jì)劃（2011ZD04）