消毒柜微电脑控制器

前言随着科技的进步，社会的发展，测温控温仪器的广泛应用，智能控温已经成为当今控制系统的主要方向，特别近年来温度控制系统已经应用在人们生活的各个方面，因而与人们息息相关的。

本设计是设计一个消毒柜，其实就是设计一个智能的温度控制系统，消毒柜主要通过加热到一个指定温度，对卫生洁具进行高温消毒，消毒柜就是把高温控制在一个指定的范围内，维持一定时间，杀灭细菌，极大的增强了人们的饮食卫生，大大降低了疾病的传染，为提高人们的健康起了重要的作用。

基于国内外对消毒柜的研究大体可以分为三个方向：首先是基于温度控制，通过对温度的控制来达到消毒的目的，它分为高温型电子消毒柜杀菌和低温型消毒，其次就是市场上的一些通过臭氧消毒，最后就是通过紫外线来消毒的消毒柜。

这三类消毒柜其中高温消毒柜高温型电子消毒柜杀灭细菌的效果好，升温速度较快，用时短，一次消毒的时间一般不会超过25分钟，同时，在消毒的过程中不产生气体，所以容易被用户接受。

高温型电子消毒柜适用于铝、不锈钢、陶瓷、玻璃制成的餐具、茶具，但是不适于消毒不耐热的塑料、漆、木、竹制品。

纵观国所有的消毒柜产品，其发展方向就是系统采用微电脑控制，动态显示当前系统工作情况和其他参数，同时采用数码控制定时开关、自动除臭等，采用高新纳米磁性门封材料、排气孔特别设有防虫网，有效杜绝二次污染的消毒柜等。

本课设采用单片机对碗柜温度进行测量，数据转换,输出控制信号，控制加热管，实现闭环控制，同时显示柜内的温度变化。

第一章消毒柜微电脑控制器系统组成及工作原理1.1系统设计要求与技术指标本设计要求采用单片机程序设计方法对碗柜温度进行采集，数据进行数字控制算法，输出控制信号，控制电热管，同时显示碗柜的温度。

具体技术要求如下：（1）设置三个功能键消毒、保温、停止。

（2）按消毒键，接通加热继电器加热，当测到125℃时，停止加热。

（3）按保温键，在50℃以下接通加热器，到70℃关闭，一直持续工作。

（4）按停止键，则停止工作。

1.2 系统功能本设计主要研究基于AT89C52单片机控制的消毒柜系统，设计中前端温度采集电路采用的是铂热电阻PT-100为基础的电桥电路，然后经过IC7650放大电路，将采集的数据送单片机处理并在7279模块中显示出来。

本设计有良好的人机对话界面，有简单的按键操作，动态可调的工作参数，都是十分人性化的。

相对于其他的消毒柜，本设计很容易实现，成本低，一切按照工业设计的流程进行的，对于工业生产有很大的意义。

本设计使用的是单片机智能控制，高效并安全地实现温度的精确控制，相比起来有更大的优势。

而且本设计还提供了为了让系统稳定可靠工作的外围电路，比如上电复位与系统复位相结合等，它为整个消毒柜系统的正常工作提供了有力的保证。

1.3系统组成此次设计主要是利用AT89C52单片机、A/D转换器及温度传感器及放大电路来对温度的采集与控制。

整个设计包括温度转换模块、A/D转换模块、键盘显示模块。

测温电路模块的作用是将随温度变化的通过PT-100电阻转化为电压变量，为了提高测温灵敏度再用高精度放大器IC7650将电压信号放大。

A/D 转换模块实现温度采集。

最后通过输出控制信号，控制加热。

键盘显示模块显示采集温度及时间。

系统结构框图如图1-1所示：图1-1 原理框图1.4系统工作原理本次设计采用铂热电阻PT-100温度传感器实现从温度到电阻值的转换，PT-100的温度每上升1度，其阻值就增大0.38欧姆，电桥将PT-100电阻值的变化转换成电压变化、再经集成运放IC7650放大成0-5V的电压（值不会超过5Ⅴ），然后经ADC0809转换成8位数字的信号送AT89C52单片机系统，AT89C52单片机对所采集的数据经滤波、变换等处理后送入7279显示模块中进行显示，从而完成对温度的采集。

AT89C52单片机再对键盘的扫描结果和即时温度值的处理，实现对温度的控制，系统设计了加热，保温，停止三键，按下加热功能键时，单片机控制加热器，开始进行加热，当温度到达125度时停止加热，按下保温键时，温度小于50度，加热器开始加热，温度超过70度，停止加热，当按下停止键时,一切程序停止运作。

单片机的P1.6口和P1.7口输出控制信号，控制光耦继电器驱动电路部分以实现消毒、保温、停止等功能。

第二章消毒柜微电脑控制器硬件电路设计2.1温度转换模块方案一：本方案采用的是新型的温度传感器LM35构成前端温度传感电路，LM35输出可以从0度开始，该器件采用的是塑料封装TO992，工作的电压4～30V。

在该电压范围以内，流过该芯片的电流几乎是不变的（约50μA），所以芯片自身几乎没有散热。

目前，已有两种型号的LM35可以提供使用。

LM35DZ 温度范围为0℃～100℃，而LM35CZ温度范围为－40℃～110℃，且精度更高。

LM35前端电路直接与ADC0809温度采样电路相连接。

系统采用的是以51单片机为核心的微电脑控制，主要通过单片机启动ADC0809电路，对前端电路直接进行采样，得到采样的数字值由单片机将其经数学变换处理，转换成真正的温度值。

键盘控制则采用的是以HD7279为核心的键盘显示电路，由它来控制消毒、保温、停止等功能，并设置校时键，随时设置当前工作状态和需要保持的时间。

7279键盘显示电路带有8个数码管，用来显示当前系统工作情况，如倒计时时间，实时温度等。

加热器与单片机用继电器来隔开，继电器用来智能控制消毒柜的加热。

本方案的特点是：前端温度电路直接采用LM35温度传感器，具有转换速度快，灵敏度高的特点，但是测量精度不够，抗干扰性能差的，受工作环境因素的影响较大。

方案一电路原理图如下所示:图2-1 方案一电路原理图方案二：在此次实验中也可以采用铂热电阻温度传感器PT-100，由含铂热电阻PT-100为桥臂的电桥，过程中其温度的变化将引起PT-100电阻值的改变，最终转变成电压的变化，但电桥输出的电压最多只能有几十毫伏，所以必须经高精度的IC7650放大后才能输出0～5V（对应温度范围为0～255摄氏度）的电压，放大之后才送到ADC0809的IN0口进行采样转换。

单片机开发系统对所采集的数据经过滤波、变换等处理后送到7279进行显示，以实现对温度的测量。

测量出即时温度值之后要进行的就是根据温度的值和7279对键盘的扫描结果进行相应的处理，比如加热、保温、停止等，这些就需要靠软件程序来辅助完成，还要通过加热装置来进行相应的操作，从而完成此次设计的要求。

加热器是由单片机控制光耦继电器电路部分来控制的，安全管理加热器的启动与停止，加热装置将单片机核心系统与加热器隔离，防止加热器的高温对系统造成损伤，而继电器起到了以小电流控制大电流而安全控制的作用。

该方案的温度转换电路部分如下图所示：图2-2 方案二温度转换电路图（测温电桥）方案确定：由于设计要求最高的温度需要达到了125℃，而LM35系列传感器达不到要求的这个温度，而且价格也高。

所以不采用这一方案。

而在以前的传感器与测量技术课程实验中已经采用过方案二，并且成功的测量出了温度值，因此对用PT-100测温电桥的性能及参数都比较了解，做起来也是得心应手，对整个电路如何调试，分析，工作原理都比较熟悉，就算是出现了什么问题也能很好的得到解决，所以笔者最终决定采用方案二。

测温电桥电路中采用的是PT－100铂热电阻作为一条桥臂，构成温度传感器，PT－100铂热电阻是利用阻值随温度而变化的特性来测量温度，PT-100的温度每上升1度，其阻值相应增大0.38欧姆，且在0℃～500℃范围内的电阻温度曲线的线性度都比较好。

消毒柜要求的温度范围是0-130℃之间，在这范围之内PT-100的线性度是最好的，它有很好的稳定性和测量精度，测温范围比较宽。

如图2-2所示，其铂热电阻与温度之间的关系近似线性关系如下：在－200℃～ 0℃范围，温度为t ℃时的阻值Rt 的表达式为:230[1(100)]t R R At Bt A t t =++++在温度为0℃～ 650℃范围内：20(1)t R R At Bt =++式中的分度常数为：A ＝3.96847×103-（１/℃） ,Ｂ＝－5.847×107-（１/℃）,Ｃ＝－422×1012-（１/℃）R0是在0℃时阻值为100Ω。

下面列出铂热电阻在0℃～ 100℃时的电阻值：表2.1 铂热电阻阻值表电桥计算：2t A DD tR U V R R =+ 010B DD R U V R R =+ 0210()t A B DD t R R U U U V R R R R ∆=-=-++ 设12R R = 0R R R t =+∆ （0R 为100Ω）00()1010R R R U V DD R R R R R +∆∆=-⨯++∆+ 当T=0℃时，0R R t = 即0R ∆=，电桥处于平衡00()01010R R U V DD R R R R ∆=-⨯=++Ｔ＞０℃时 ∵R ∆＜＜10R R + ∴00()()101010R R R R U V V DD DD R R R R R R +∆∆∆≈-⨯=⨯++++ 取T=100℃时，R t =138.5Ω，12R R ==10K ，0R =100Ω，V DD = 12V138.5100120.0457********v U -∆=⨯=⨯+所以，当温度T 变化在0～100℃时，△U 的变化范围是 0～45.7mV 。

2.2电压放大模块设计可以采用三级运放结构的测量放大器和IC7650来实现电压的放大。

三级运放结构的测量放大器由两级组成，两个对称的同相放大器构成第一级，第二级为差动放大器—减法器，原理图如下：图2-3 三级放大电路设加在运放A 1同相端的输入电压为V 1，加在运放A 2同相端的输入电压为V 2，若A 1、A 2、A 3都是理想运放，则V 1=V 4, V 2=V 54512G G GV V V V I R R --== 1234111G G V V V V I R V R R -=+⋅=+⋅ 1265222G GV V V V I R V R R -=-⋅=-⋅ 所以，测量放大器第一级的闭环放大倍数为：3612112(1)f GV V R R A V V R -+==+- 整个放大器的输出电压为：755636744[(1)]O R R R V V V R R R R =+-+为了提高电路的抗共模干扰能力和抑制漂移的影响，应根据上下对称的原则选择电阻，若取R 1=R 2，R 4=R 6，R 5=R 7，则输出电压为：55516312364442()()(1)()()()O G R R R R V V V V V V V R R R R =-=-+-=-- 第二级的闭环放大倍数：52364O f V R A V V R ==-- 整个放大器的闭环放大倍数为：511242(1)O f G V R R A V V R R ==-+- 若取R k =R 5=R 6=R 7，则V o =V 6-V 3，A f2=-112(1)f GR A R =-+ 由上可看出，改变电阻R G 的大小，可方便的调节放大器的增益，在集成化的量放大器中，R G 是外接电阻，用户可根据整机的增益要求来选择R G 的大小。