萬增利

摘要：溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，與人們的日常生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)。本文用逆變器和電加熱材料設(shè)計了一種快遞小車電加熱手套，并對其溫度實現(xiàn)智能控制。采用逆變器和電加熱材料設(shè)計和實現(xiàn)了電加熱手套系統(tǒng)，采用單片機(jī)、溫度傳感器、顯示器、繼電器等設(shè)計和實現(xiàn)了溫控系統(tǒng)。經(jīng)過試驗證明該系統(tǒng)具有一定的可行性，溫控系統(tǒng)控制精度高具有較強(qiáng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：電加熱手套；單片機(jī)；溫度控制；DS18B20

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）07-0018-03

溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，與人們的日常生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)。傳統(tǒng)的電加熱裝置一般不帶控溫原件，只能通過手動方式接通或切斷電源來控制溫度，這樣使用起來就有一定的局限性[1，2]。因此，對電加熱裝置實現(xiàn)智能控制就顯得尤為重要。本文設(shè)計了一款電加熱手套并對其實現(xiàn)溫度智能控制，該系統(tǒng)主要是利用逆變器和電加熱材料來制作電加熱手套，并通過單片機(jī)輸出量控制固態(tài)繼電器交流引腳的導(dǎo)通，實現(xiàn)電加熱手套的智能工作，具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價值。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

運(yùn)用快遞小車的充電蓄電池作為電壓起始輸出源，電壓起始輸出源輸出的12V電壓經(jīng)過逆變器之后變成220V的電壓值，此電壓作為最終的電壓源對快遞小車電壓熱手套進(jìn)行加熱，電壓熱手套的用傳統(tǒng)的電加熱毯材料進(jìn)行制作。在對電加熱手套的加熱過程選取智能控制的形式：以MSP430單片機(jī)為核心部件，配合DS18B20溫度傳感器，LCD顯示電路，輸出控制電路，實現(xiàn)電加熱手套工作溫度的采集和控制（加熱與保溫）。系統(tǒng)基本框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件電路由電動小車電源輸出單元、電加熱手套單元和溫度控制單元構(gòu)成。

2.1 電源輸出單元

電源輸出單元選用普通的電動車電池。該電池應(yīng)當(dāng)具有使用壽命長、電壓輸出穩(wěn)定和輸出功率足夠大等特點。

2.2 逆變器單元

逆變器單元選用直流12V轉(zhuǎn)220V車載逆變器，該逆變器必須滿足輸出電壓穩(wěn)定并且輸出功率滿足電加熱手套的工作的功率。

2.3 電加熱手套單元

電加熱手套制作材料選擇普通的電熱毯材料，要求材料節(jié)能環(huán)保、散熱點分布均勻并且安全可靠，之后將該材料制作手套的形式即可。

2.4 MSP430單片機(jī)系統(tǒng)

MSP430單片機(jī)是一種超低功耗的16位微處理器，該系列單片機(jī)具有低電壓、超低功耗，超強(qiáng)的處理能力，高性能的模擬技術(shù)，抗干擾的能力強(qiáng)等優(yōu)點[3-4]。

MSP430單片機(jī)在系統(tǒng)中完成接收DS18B20的數(shù)字信號，并進(jìn)行譯碼處理，通過LCD將溫度顯示出來，同時單片機(jī)系統(tǒng)還將完成鍵盤掃描、按鍵溫度設(shè)定、超溫限制等程序的處理，將處理的溫度信號與系統(tǒng)設(shè)定溫度值比較，形成可以控制電加熱手套的加熱、保溫與停止3種工作狀態(tài)，如圖2所示。

2.5 數(shù)字式DS18B20溫度采集

DS18B20屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器。該芯片具有獨(dú)特的單線接口，既可以通過串行口線，也可以通過其他I/O口線與微機(jī)接口，無需A/D轉(zhuǎn)換電路，直接輸出被測溫度值。本系統(tǒng)中DS18B20的3個引腳分別接公共電源+5V、電源地和單片機(jī)接口[5，6]。如圖3所示。

2.6 顯示電路

本次設(shè)計采用的是LCD12864，LCD12864相對而言功能比較多一些，它不僅可以顯示數(shù)字，還可以顯示漢字、字母等，顯示的內(nèi)容為4行，每行16個字符。LCD12864接線圖具體如圖4所示。

2.7 溫度控制電路

繼電器控制電路根據(jù)DS18B20實時采集到的環(huán)境溫度對電熱毯實現(xiàn)智能控制。該控制電路由MSP430單片機(jī)的P3.7的高低電平來控制繼電器的斷開和閉合。當(dāng)為低電平時，三極管導(dǎo)通，發(fā)光二極管亮，控制繼電器開始加熱，當(dāng)P3.7口為高電平時，三極管截止，繼電器斷開，停止加熱。該繼電器加熱電路如圖5所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

基于MSP430單片機(jī)的電加熱手套溫度控制系統(tǒng)采用模塊化思想。根據(jù)所要完成的任務(wù)，將系統(tǒng)軟件分為主程序模塊、溫度采集模塊，數(shù)據(jù)處理模塊、鍵盤模塊、顯示模塊和溫度控制模塊。

程序開始的時候先初始化，檢測模塊開始讀取溫度并傳送給單片機(jī)，然后單片機(jī)控制LCD顯示。系統(tǒng)自動對比檢測值是否達(dá)到了預(yù)設(shè)值。如果鍵盤電路有預(yù)設(shè)值的話，那么系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)值的要求給繼電器下達(dá)指令，繼電器啟動相應(yīng)的裝置，控制溫度達(dá)到設(shè)定值。溫度傳感器繼續(xù)讀取當(dāng)前的溫度值，如果沒有達(dá)到預(yù)設(shè)值的范圍，系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)。當(dāng)系統(tǒng)采集到的候溫度高于預(yù)設(shè)溫度，則啟動報警電路并停止加熱?；镜某绦蛄鞒炭驁D如圖6所示。

4 系統(tǒng)調(diào)試

通過搭建硬件平臺，對所設(shè)計的電加熱手套以及溫控系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和多次對比實驗，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)測試的結(jié)果與紅外測溫儀測量的數(shù)據(jù)有一定的偏差，而且存在的誤差也比較小，在可接受的范圍之內(nèi)，證明該系統(tǒng)的具有一定的可行性。電加熱手套的溫控實驗曲線如圖7所示。

從圖中可知，紅外測溫儀測得的溫度在40度上下波動，波動幅度較小，這主要是與傳感器的溫度取樣位置以及傳感器的數(shù)量有關(guān)。

5 結(jié)語

基于單片機(jī)的電加熱手套溫控系統(tǒng)以電加熱手套和溫度控制兩個子系統(tǒng)為核心。采用逆變器和電加熱材料設(shè)計和實現(xiàn)了電加熱手套系統(tǒng)，采用單片機(jī)、溫度傳感器、顯示器、繼電器等設(shè)計和實現(xiàn)了溫控系統(tǒng)。該系統(tǒng)原理簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、實現(xiàn)方便和硬件連線簡單，經(jīng)過測試和實驗證明了該系統(tǒng)的具有一定的可行性和可靠性，具有一定的應(yīng)用和推廣價值。

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