基于AT89S52单片机的温度控制系统
0 引 言
在激光倍频晶体温度匹配中，有时需要很高的工作温度。晶体升温过程中，温度过快变化会导致晶体出现破裂，因此在开机过程中需要操作人员不断手动控制激光器晶体的温度。为了避免这样繁锁的工作，我们以单片机AT89S52为核心制作了一套自动控制升降温系统，有效的保证了晶体温度在安全的速率下变化。由于热敏电阻的非线性关系，一般的控温仪正常控温范围有限。在对热敏电阻和恒流源的特性进行分析后，将恒流源做了适当的改进，扩展了控温仪的控制范围，使其在较宽的温度范围内也具有较高的精度。
1 硬件系统设计
控制系统电路的核心器件是Atmel公司生产的AT89S52单片机。它是一种低功耗、低电压、高性能的8位单片机，片内带有一个8KB的flash可编程、可擦除、只读存储器；它采用的工艺是Atmel公司的高密度非易失存储器技术，而且其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容。价格低廉、性能可靠、抗干扰能力强。因此广泛应用于工业控制和嵌入式系统中。
图1为该系统的结构框图，为了节省成本和体积，我们采用多路选择开关CD4051和模数转换器AD7705协同工作组成多路数据采集系统。
CD4051是NS公司生产的数控模拟开关，可控制最大输入范围约为士15V左右的模拟电压，由输入的3位地址码决定八个通道中哪一个通道开通；选通通道具有非常低的输入阻抗，约为80Ω，关闭的通道具有很低的漏电流，每一路约为10pA左右，处于工作状态时功耗大约为1μW，是一款性能十分优良的数控模拟开关。AD7705是一款16位串行模数转换芯片，功耗非常低，在3V供电电压和1MHz的主频下，消耗功率小于1mW，供电电流小于8μA，转换精度高，可达±0．003％，无误码。MAX541是由美信公司生产的串行输入数模转换器件，无需校准，功耗不超过l．5mW。AT
2 系统流程图
图2为系统的流程图，上电后先对系统进行初始化，然后进入while(1)循环语句，此循环体中包含两个while语句，分别为while(state)和while(!state)。程序根据位变量state的值选择进入温度设定状态还是系统运行状态。在初始化的过程中将state的值设为1，因此刚开机系统进入运行状态。运行状态下，系统不断通过CD4051和AD7705联合采集热敏电阻两端的电压值，然后与设定电压值对比，并通过MAX541定时输出自动升温电压值，让系统严格地在规定时间内升到指定温度。在循环的过程中还需要不断地判断bit变量kd的值，此变量为全局变量，由键盘中断程序置1，同时键盘中断程序还返回按键扫描值key，该值用来确定按下哪一个键。显然从流程图中可以看出，当kd为0时，程序跳过按键程序模块，当kd为1时程序先判断key值，然后运行相对应的按键功能程序。我们将某一键设为状态切换键，当按下此键时执行程序state=!state，这样就实现了状态的切换。在进入设定状态后，MAX541的输出停止改变。同时光标不断闪烁，提示使用者输入温度设定值。光标闪烁程序和MAX541定时改变输出值的程序都是采用定时器中断来实现的。因为两种功能处于不同的状态，同时为了避免中断过多造成系统不稳定，通过利用state变量的值和if语句，有效地将两种功能用一个定时器来实现。进入定时中断程序后，当state值为1时，即系统处于运行状态时，执行定时改变MAX541输出值的功能。当state的值为0时，即系统处于设定状态时，执行光标闪烁的功能。
3 温控仪的恒流源改进
3．1 热敏电阻
3．1．1 NTC热敏电阻温度特性方程
NTC热敏电阻温度特性方程用下列经验公式描述：
式中：RT为T时的热敏电阻阻值，RT0为T0时热敏电阻阻值，从上述表达式可以看出电阻的变化与温度的变化成指数关系，温度升高，阻值迅速降低，灵敏度高是热敏电阻测温的主要优点。
3．1．2 NTC热敏电阻的热电特性
热敏电阻自身温度变化
从上式可以看出NTC热敏电阻的温度系数为负，且与温度变化有关，温度越低，温度系数越高，灵敏度越高；反之则灵敏度越低。