中国农业大学学士论文 控制系统硬件设计
外光的照射，而触发双向晶闸管，使输出端电压接近0时导通，即输入与输出端有光耦合，器件导通后，其输出端电压降至很低，当电流小于双向晶闸管维持电流100μA时，双向晶闸管关断。如图3-5所示，单片机的P3.0通过7406反相器接在MOC3041的阴极（管脚2），当P3.0口置1时，MOC3041的管脚2被置零，又5/330=0.015A,即MOC的触发电流小于但约等于15Am，MOC3041的红外发光二级管发出足够的红光，触发输出部分。当P3.0置0时，MOC3041的管脚2被置1，处于高电平，此时，MOC3041的红外发光二极管处于截至状态，输出部分不被触发。
MOC3041相关参数如下： （1）、隔离电压:7500V ac （2）、输出类型:过零检测 （3）、输入电流:60mA （4）、输出电压:400V （5）、针脚数:6
（7）、光电耦合器类型:三端双向可控驱动器 （8）、关态电压:400V （9）、功耗:250mW
（10）、工作温度范围:-40°C至+85°C （11）、正向电压Vf最大:1.5V （12）、电压, Vf典型值:1.25V （13）、触发电流, If最大:15mA
3.6 双向晶闸管
在温度控制系统中，主电路一般使用晶闸管组成开关电路，通过控制晶闸管的导通时间来控制加热时间，因此本系统中，主电路采用了双向晶闸管，在交流电压的正半周期使其沿某方向导通，在负半周期则逆向导通。
主要参数的选取：
负载为220V,120W的PTC加热器 负载电流有效值为I?P120??0.545A U220负载电流峰值为Im?2I?2×0.545?0.77A
因为当双向晶闸管全开时，单方向的电流为交流半个周期的电流，所以 而流过双向晶闸管的电流的平均值IT(AV)?IM2?sin?td(?t)??0.49A ?2?0?晶闸管额定电压的选择：晶闸管的额定电压应为正常工作峰值电压的2-3倍。
U?2×2×220?622V所以取U=600V。
晶闸管额定电流的选择：晶闸管通态平均电流为实际正常平均值的1.5-2.0倍。
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IT=2.0×IT(AV)=2.0×0.49=0.98A 所以晶闸管的额定电流IT可取8A。根据计算的数据选择双向晶闸管的型号为BTA08-600C。 主要参数为： 通态电流IT(RMS)=8A 浪涌电流ITSM=80A 正向耐压VDRM＞600V 反向耐压VRRM＞600V 触发电流IGT<25mA 通态压降VTM＜1.55V
晶闸管的过流，过压保护采用了一般的阻容保护电路，其参数为:
C?0.1?F R?100?
PR?fCUm2×10?6(w)=50×0.1×（2×220）×10?6=0.0484w
图3-5 光电耦合器控制可控硅原理图
3.7 PTC加热器
加热装置是对温室进行加热，使温度稳定在设定的温度值。本系统采用PTC加热器进行加热。PTC是Positive Temperature Coefficient 的缩写，意思是正的温度系数，泛指正温度系数很大的半导体材料或元器件。通常我们提到的PTC是指正温度系数热敏电阻，简称PTC热敏电阻。图3-6是其电阻随温度变化的曲线，PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻,超过一定的温度(居里温度)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。
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陶瓷材料通常用作高电阻的优良绝缘体，而陶瓷PTC热敏电阻是以钛酸钡为基，掺杂其它的多晶陶瓷材料制造的，具有较低的电阻及半导特性。通过有目的的掺杂一种化学价较高的材料作为晶体的点阵元来达到的：在晶格中钡离子或钛酸盐离子的一部分被较高价的离子所替代，因而得到了一定数量产生导电性的自由电子。对于PTC热敏电阻效应，也就是电阻值阶跃增高的原因，在于材料组织是由许多小的微晶构成的，在晶粒的界面上，即所谓的晶粒边界(晶界)上形成势垒，阻碍电子越界进入到相邻区域中去，因此而产生高的电阻，这种效应在温度低时被抵消：在晶界上高的介电常数和自发的极化强度在低温时阻碍了势垒的形成并使电子可以自由地流动。而这种效应在高温时，介电常数和极化强度大幅度地降低，导致势垒及电阻大幅度地增高，呈现出强烈的PTC效应。
图3-6 PTC电阻温度曲线
PTC型陶瓷加热器采用PTC陶瓷发热组件与波纹铝条经高温胶粘组成。该类型PTC加热器有热电阻小、换热效率高的优点，是一种自动恒温、省电的电加热器。它的显著特点有加热器本体的设计加热温度在200摄氏度以下的多档次，任何情况下本体不发红且有保护隔离层，任何应用场合均不需要石棉等隔热材料进行降温处理，可放心使用不存在对人体烫伤和引发火灾的问题。比较电热管和电阻丝加热产品，本产品是靠材料自身的特性，根据环境温度的改变来调节自身的热功率输出，所以它能将加热器的电能消耗优化控制在最小，同时高发热效率的材料也大幅提升了电能的利用效率。本次毕业设计我所选用的PTC加热器的主要参数有电压：220V，功率120w，长40mm，宽40mm，厚7mm。属于小功率类型，用其加热时恒温发热、无明火、热转换率高、受电源电压影响小。
3.8 反相器7406
在本系统中，两次运用了7406反向器，一次是在单片机的P3.0口与MOC3041的管脚2之间，作用是使P3.0被置1时，MOC3041的管脚2被置0，且与真实的0更接近，MOC3041的光敏二级
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管导通；当P3.0被置0时，MOC3041的管脚被置1，且更接近5V，使MOC3041的光敏二级管真正能够处于截至状态。另一处是与蜂鸣器的阴极相接，作用和上述的类似。我所采用的型号是SN7406N，14管脚，6路独立反向驱动，Y?A，VCC的范围为4.75-5.25V。
图3-7 反相器7406管脚
3.9双四输入与门74LS21
74LS21是双输入四与门，Y=ABCD，我所使用的型号是SN74LS21N，14管脚，VCC的范围为4.75-5.25V，推荐使用5V。在此系统中，按键未按下时，P3.2始终为高电平，当有键按下时，通过74LS21的作用，输出低电平，使P3.2的高电平变为低电平，触发外部中断0，在中断程序里扫描键盘，并计算输入的温度的设定值。使用中断的好处是使CPU在有键按下时才扫描键，提高了CPU的效率。
图3-8 四输入与门74LS21管脚
3.9蜂鸣器
本次毕业设计的警报部分是通过一个有源的3V蜂鸣器来实现的，当实际温度超上限或低下限时进行危险报警，其长脚为正极，短脚为负极，正极与5V电压相接，负极通过一个7406与P3.1相接。
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第四章 控制系统软件设计
为了实现系统的温度检测和控制，并能够实时显示，整个系统由如下几个主要模块组成，主程序模块、温度采集模块、温度设定模块、温度显示模块，报警模块，温度控制模块等几个模块组成。本章将对如上所叙述的几个模块分别进行介绍，并阐述程序的编写思路和所实现的功能。 4.1 主程序模块设计
主程序的主要设计思想是围绕题目基本要求而展开的，系统按键设定温度产生外部中断0，转入中断服务程序，在中断服务程序中获取设定的温度值，之后在主程序进行数据存储、调用数码管显示、报警控制、温度控制等子程序模块。所以主程序主要是对系统的初始化和调用各子程序模块。
4.1.1主程序流程图
图4-1为主程序流程图
开始系统初始化设定值扩大10倍设定报警温度上下限P3.5=1?Y调用按键扫描子程序N显示设定值显示设定值调用温度控制子程序调用报警控制子程序
图4-1 主程序流程图
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