直流PTC熱敏電阻恒溫控制系統

1、引言

　　現有的加熱器大都采用電熱管、電熱絲等傳統器件加熱，電熱管的外殼為不銹鋼制成的鋼管，內有發熱元件電阻絲，加熱時通過電阻絲及鋼管向外界傳熱，當空氣不流動時，電熱管的熱量就散不出去，溫度會越來越高，嚴重時會燒毀電熱管，甚至發生火災。而PTC熱敏電阻作為發熱材料，具有節能恒溫、無明火、安全性好、發熱量較易調節、受電源電壓的波動影響小、升溫迅速等特點，因此，設計使用PTC熱敏電阻做加熱材料的恒溫加熱系統對安全度要求較高的應用是很有意義的。

2、系統總體設計方案

　　本系統采用AT89C2051為控制核心，PTC熱敏電阻對加熱區域進行加熱，數字溫度計DS18B20實時采集溫度，由外設鍵盤設定所要加熱溫度值的上限和下限， 通過實時采集到的溫度值與設定溫度值的比較，確定是否達到所設定的溫度范圍，由AT89C2051控制多路繼電器實現對多片PTC熱敏電阻（一路繼電器控制一片PTC熱敏電阻）工作狀態的開關控制，使加熱區域溫度維持在設定的溫度范圍內。系統原理圖如圖1所示。

3、單片機控制加熱

3.1 單片機系統

　　AT89C2051是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能CMOS 8位單片機，期間采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容MCS-51指令系統，片內置通用8位中央處理器和2K字節Flash閃速存儲器，128字節內部RAM，15個I/O口線，2個16位定時/計數器，1個5向量兩級中斷結構，1個全雙工串行通信口，內置1個精密比較器，片內振蕩器及時鐘電路[1]。

3.2 PTC熱敏電阻

　　PTC是英文Positive Temperature Coefficie-nt的縮寫，即為正溫度系數，其電阻阻值隨溫度的升高而增大。PTC熱敏電阻在未達到一個特定的溫度之前，電阻阻值隨溫度的變化非常緩慢，當超過這個溫度時，PTC熱敏電阻的阻值急劇增大，發生阻值劇變的這個溫度，稱之為居里溫度，它是PTC熱敏電阻的一個重要技術指標[2]。
圖2為PTC熱敏電阻的電流-時間特性。

3.3 數字溫度計DS18B20

　　DS18B20數字溫度計是DALLAS公司生產的1―Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。測量溫度范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～85℃范圍內，精度為±0.5℃。DS18B20的精度檢查為±2℃?，F場溫度直接以“一線總線”的數字方式傳輸，大大提高了系統的抗干擾性。

　　由于DS18B20采用的是1―Wire總線協議方式，即在一根數據線實現數據的雙向傳輸，而對AT89C2051單片機來說，硬件上并不支持單總線協議，因此，必須采用軟件的方法來模擬單總線的協議時序來完成對DS18B20芯片的訪問。該協議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備，數據和命令的傳輸都是低位在先[3]。