恒温培养箱智能温控器的研制

目前我国旧冰箱已进入了一个报废高峰期。 据统计，全国电冰箱年均报废４００万台，大量废旧冰箱的处理问题已成为当今地球环境保护的热点问题。我校近几年冰箱报废的主要原因是制冷系统损坏，其箱体完好。许多实验室需要恒温培养箱进行种子的发芽、组织细胞、微生物的培养等恒温实验。把废旧冰箱改造成恒温培养箱具有极其重要的实际意义。实验室技术人员有责任对废旧冰箱进行合理利用。对废旧冰箱进行改造再利用是一种创新过程，需要利用高新技术并在技术性能等方面能达到甚至超过新品。在报废冰箱改造为恒温培养箱（简称恒温箱）的实践中，我利用单片机，通过精心优化编程、巧妙设计电路，合理地利用单片机的软硬件资源，解决了许多技术难题，研制了升降温双重控温功能的智能高精度温控器，并成功地应用于恒温培养箱中，使其技术性能指标达到或超过了目前市场上恒温培养箱的要求。1、控温范围：5-40℃ 2、温度波动：±0.2℃
报废冰箱改造为恒温培养箱，首先将冰箱的制冷系统拆除，拆除过程中注意保护好箱体，然后将温控器、风扇安装在适当位置即可。恒温培养箱既需要升温也需要降温，而目前市场上销售的温控器只具有升温或降温单一控制功能，控温精度低，不能满足恒温培养箱对控温的要求。研制一种升温与降温控制功能于一体且具有较高控温精度的温控器是报废冰箱改造的关键技术。下面介绍自行研制的恒温培养箱温度控制器（简称温控器）的工作原理。
1 工作原理
温控器以8031单片机为核心器件，利用电接点水银温度计进行温度设置，通过对电接点水银温度计接通、断开周期的调控实现对恒温培养箱温度的控制。单片机对电接点水银温度计的通、断状态检测后，自动识别出升温或降温。当需要升温时，采用电热板加热，单片机调控和双向可控硅调功方式；当需要降温时，采用半导体制冷器降温，单片机调控方式。控温精度达到了较高水平。
电路原理图如图1所示。该控制器主要由升、降温自动识别电路、升温控制电路、降温控制电路和温度异常报警电路等组成。
1.1 升、降温自动识别电路
当需要升温时，电接点水银温度计为断开状态（WDJ不导通），运算放大器LM358（IC9B）的⑤脚为高电平，其⑥脚为R9与R11分压后得到的2.5V固定电压，此时⑤脚电位高于⑥脚电位，⑦脚输出高电平。该高电平输入到单片机IC1的12脚 。当需要降温时，根据上述分析，单片机IC1的12脚为低电平。单片机IC1（8301）上电复位初始化后，首先从12脚读入数据，由上述分析可知，若12脚输入的数据为“1”,则说明恒温箱需要升温，否则需要降温。升温时，单片机使P2端输出高点平；降温时，单片机使P2端输出低电平。

1.2 升温控制电路
由上述分析可知，当需要升温时，IC9B的⑦脚输出高电平。该高电平使与非门IC10B（74LS10）的③脚为高电平。同时IC9B的⑦脚输出的高电平经过非门IC7B使与非门IC10C的⑨脚为低电平，此低电平将与非门IC10C关闭，降温电路不能工作。当单片机自动识别出恒温箱需要升温时，将P2端置位（输出高电平），P0端输出占空比为1：1的方波，则IC10B的⑤脚为高电平，④脚为方波，其⑥脚输出与⑤脚反相的方波，IC8得电工作，双向可控硅SCR导通，电热板开始对恒温箱进行供热。此时虽然IC10C的9脚变为高电平，但其（11）脚仍为低电平，所以与非门IC10C保持关闭状态，降温电路仍不能工作
当恒温箱的温度达到设定的温度值时，WDJ导通，此时IC9B的⑤脚电位低于⑥脚电位，⑦脚输出低电平，与非门IC10B被关闭，其⑥脚输出高电平，IC8停止工作，电热板停止加热。与此同时，IC9B的⑦脚输出的低电平同时送到IC1的中断控制输入引脚 端，其下降沿引起IC1中断，外部中断服务程度使IC1的内部定时器开始计数。
电热板停止加热后，恒温箱的温度开始下降，经过一段时间后，WDJ断开，根据上述分析可知，电热板又开始对控温设备进行加热。当加热到设定温度值时，WDJ导通，使IC9的⑦脚再一次输出低电平。根据前面的分析可知，此低电平一方面使电热板停止加热；另一方面其下降沿又一次引起IC1中断，外部中断服务程序使IC1内部定时器TO停止计数。并对WDJ的通、断周期进行分析判断，根据不同情况置相应的标志位，然后中断服务程序使IC1内部定时器TO开始重新计数，并将本次WDJ的通、断周期存储起来，用来与下次通、断周期相比较。IC1内部定时器TO工作于方式2，当