本设计的电加热型振荡器是一种同时具有加热和振荡功能的恒温振荡的新型装置, 通过控制电路的硬件设计来实现恒温、精确定时、产生振荡的要求.本装置已获实用新型专利.

在医疗过程中, 医生经常需要使用粉状针剂, 使用前要在针剂中加入溶剂, 通过加热和摇晃, 加速针剂的溶解.在化工、生物等领域也经常需要对物料进行加热振荡.目前, 同时具备对物料进行加热和振荡功能的设备还很少, 且价格昂贵.本设计同时具有加热和振荡功能, 具有结构简单、工作可靠、成本低廉的特点, 此项装置填补了国内市场空白.该设计中恒温、精确定时的控制部分尤为重要, 本文完成了控制电路部分的硬件设计:以AT89C52单片机为核心, LED数码管和按键为人机界面, MAX232为通讯接口, DS18B20为测温传感器, 固态继电器控制加热器, 电磁继电器控制振荡电机.

1 电加热型恒温振荡器控制电路的硬件设计

1.1 系统电路的结构图

系统结构如图1所示[1].嵌入式系统以嵌入式处理器及其外围硬件设备为基础, 软件为灵魂.软硬件的有机组合才能充分发挥嵌入式系统的性能, 实现对电气设备的监视、控制与管理.嵌入式系统硬件设计的好坏从根本上决定了嵌入式系统性能优劣, 因此, 在进行硬件设计时, 首先, 应该根据设计要求充分评估所设计的嵌入式系统的性能, 根据具体实际选择合适的处理芯片以及外围器件, 其次还需要搭建合适的硬件电路, 保证所选硬件能够发挥最大效能, 再次还要进行成本控制, 保证良好的性价比.根据系统功能的要求, 系统的硬件电路包括:主机、温度检测、温度控制、电机控制、人机对话 (键盘/显示/报警) 5个主要部分.

AT89C52是51系列单片机的一个型号, 它是一个低电压、高性能CMOS 8位单片机, 兼容标准MCS-51指令系统, 片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元.

1.2 电源电路

电源是控制系统稳定工作的前提.为了减轻装置的重量, 本系统采用开关稳压电源的方案.其电源原理图如图2所示[2].

变压器T1副边输出经D5整流, C15两端电压为+12 V, 供隔离变压器使用;+12 V电压经过LM2576后, 输出电压为5 V, 供单片机使用.

1.3 电机驱动电路

振荡器的振荡功能采用直流电机实现, 选用功率为35 W, 900 r/min的直流电机, 电机驱动控制只要控制器通过I/O的高低电平变化, 经MOS驱动来控制电机的启动和关闭, 控制电路如图3所示.

1.4 温度采样和控制电路

恒温加热功能的控制电路采用固态继电器 (solid state relay, SSR) , SSR是一种四端器件:两端输入, 两端输出, 之间用光耦合器隔离.

温度信号传感器采用数字温度传感器DS18B20, 测温范围为-55℃~+125℃, 在-10℃~+85℃时精度为±0.5℃, 测量结果直接输出数字温度信号, 以“一线总线”串行传送给CPU, 同时可传送CRC校验码, 具有极强的抗干扰纠错能力.DS18B20测温系统具有系统简单、精度高、连接方便、占用口线少等优点[3,4].图4为温度采样电路.

图5为单片机I/O口线与固态继电器SSR接口电路.温度传感器检测温度, 经放大后进入单片机;单片机将设定的温度值与检测到的实际温度进行比较, 并由PID控制算法处理后的误差信号去控制产生具有一定占空比的脉冲, 发出脉冲控制信号, 经固态继电器控制电热丝的通电, 从而控制温度, 起到恒温的功能.