基于AD595芯片的恒温控制仪设计

　　0　引言

　　恒温控制仪在很多工程中都要用到,该设计是小型的恒温控制设备,可以稳定的温度在500℃之内。系统选用的控制芯片为PIC16F877,实现 对信号的A/D转换、分析处理以及外围器件信号的输入和输出。AD595是带冷端补偿的单片热电偶放大器。该芯片的选用成功地把复杂的测量电路简单化,整 个仪器的体积都显得比较小。

　　1　系统的硬件设计

　　系统硬件由信号调理、微控制单元、输入输出单元、电源模块4部分组成。系统框图如图1所示。

　　1.1　信号调理单元

　　信号调理用AD595,该芯片是带冷端补偿的单片热电偶放大器,具有热电偶信号放大和冰点补偿双重功能,适合K型热电偶,低阻抗输出(10 mV/℃),可以单、双电源供电,测温范围能达到1 250℃^[1],14脚DIP封装。

　　仪器电路中采用了单电源+5 V供电,芯片电路连接图如图2所示。实际中热电偶的输出电势与温度成非线性关系,其转换函数如下:

　　AD595输出=(K型热电势+11μV)×247·3

    仪器温度最高设定可达499℃,属于低温范围,故输出电压值基本可以认为成线性关系(10 mV/℃).

　　1.2　微控制单元

　　控制单元采用PIC16F877单片机,工作时钟频率为4 MHz;具有8 K×14个Flash程序存储器;内部集成了A/D转换器,可以多通道模数转换;有3个计数器,各自有独立的中断,从而执行不同的功能;并且具有在线编程 模式,可以实时跟踪、调试。仪器中控制单元的主要工作:实时检测按键信息,设定需要达到的温度值;采集模拟信号,A/D转换,检测温度是否达到所设定值来 控制加热;动态实时显示温度值。

　　加热的控制信号在单片机37脚输出。高低电平的数字信号功率很小,仪器中加热所需功率较大,假设为5 W.用一个N-MOSFET IRF640做开关,有利于提高输出功率。其电路连接图见图3。

　　控制信号为低电平时,开关打开,停止加热;控制信号为高电平时,开关闭合,开始加热。

　　1.3　输入输出单元和电源模块

　　仪器面板设计有电源和加热开关,发光二极管做指示灯;4个按键,1个温度设定开始键,3个温度值设定键;LED在温度设定时显示温度设定值,在加热时显示实时的温度值。

　　电源模块采用的是高速开关电源,内部集成有输入,输出过压、过流保护电路、整流滤波电路、隔离电压变换电路和内部过热保护电路。该电源具有独立 双路输出, 12 V/1 A和5 V/3 A.5 V输出为加热丝单独供电,提供足够的功率;12 V电压输出为PIC16F877芯片供电,由于单片机所需电压是5 V,所以电路中用7805稳压电路稳压到5 V.稳压电路如图4所示。