基于单片机的快递小车电加热手套温度控制系统设计

万增利

摘要：温度是一种最基本的环境参数，与人们的日常生活与环境的温度息息相关。本文用逆变器和电加热材料设计了一种快递小车电加热手套，并对其温度实现智能控制。采用逆变器和电加热材料设计和实现了电加热手套系统，采用单片机、温度传感器、显示器、继电器等设计和实现了温控系统。经过试验证明该系统具有一定的可行性，温控系统控制精度高具有较强的可靠性。

关键词：电加热手套；单片机；温度控制；DS18B20

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）07-0018-03

温度是一种最基本的环境参数，与人们的日常生活与环境的温度息息相关。传统的电加热装置一般不带控温原件，只能通过手动方式接通或切断电源来控制温度，这样使用起来就有一定的局限性[1，2]。因此，对电加热装置实现智能控制就显得尤为重要。本文设计了一款电加热手套并对其实现温度智能控制，該系统主要是利用逆变器和电加热材料来制作电加热手套，并通过单片机输出量控制固态继电器交流引脚的导通，实现电加热手套的智能工作，具有较强的推广应用价值。

1 系统总体方案设计

运用快递小车的充电蓄电池作为电压起始输出源，电压起始输出源输出的12V电压经过逆变器之后变成220V的电压值，此电压作为最终的电压源对快递小车电压热手套进行加热，电压热手套的用传统的电加热毯材料进行制作。在对电加热手套的加热过程选取智能控制的形式：以MSP430单片机为核心部件，配合DS18B20温度传感器，LCD显示电路，输出控制电路，实现电加热手套工作温度的采集和控制（加热与保温）。系统基本框图如图1所示。

2 系统硬件设计

系统硬件电路由电动小车电源输出单元、电加热手套单元和温度控制单元构成。

2.1 电源输出单元

电源输出单元选用普通的电动车电池。该电池应当具有使用寿命长、电压输出稳定和输出功率足够大等特点。

2.2 逆变器单元

逆变器单元选用直流12V转220V车载逆变器，该逆变器必须满足输出电压稳定并且输出功率满足电加热手套的工作的功率。

2.3 电加热手套单元

电加热手套制作材料选择普通的电热毯材料，要求材料节能环保、散热点分布均匀并且安全可靠，之后将该材料制作手套的形式即可。

2.4 MSP430单片机系统

MSP430单片机是一种超低功耗的16位微处理器，该系列单片机具有低电压、超低功耗，超强的处理能力，高性能的模拟技术，抗干扰的能力强等优点[3-4]。

MSP430单片机在系统中完成接收DS18B20的数字信号，并进行译码处理，通过LCD将温度显示出来，同时单片机系统还将完成键盘扫描、按键温度设定、超温限制等程序的处理，将处理的温度信号与系统设定温度值比较，形成可以控制电加热手套的加热、保温与停止3种工作状态，如图2所示。

2.5 数字式DS18B20温度采集

DS18B20属于新一代适配微处理器的智能温度传感器。该芯片具有独特的单线接口，既可以通过串行口线，也可以通过其他I/O口线与微机接口，无需A/D转换电路，直接输出被测温度值。本系统中DS18B20的3个引脚分别接公共电源+5V、电源地和单片机接口[5，6]。如图3所示。

2.6 显示电路

本次设计采用的是LCD12864，LCD12864相对而言功能比较多一些，它不仅可以显示数字，还可以显示汉字、字母等，显示的内容为4行，每行16个字符。LCD12864接线图具体如图4所示。

2.7 温度控制电路

继电器控制电路根据DS18B20实时采集到的环境温度对电热毯实现智能控制。该控制电路由MSP430单片机的P3.7的高低电平来控制继电器的断开和闭合。当为低电平时，三极管导通，发光二极管亮，控制继电器开始加热，当P3.7口为高电平时，三极管截止，继电器断开，停止加热。该继电器加热电路如图5所示。

3 系统软件设计

基于MSP430单片机的电加热手套温度控制系统采用模块化思想。根据所要完成的任务，将系统软件分为主程序模块、温度采集模块，数据处理模块、键盘模块、显示模块和温度控制模块。

程序开始的时候先初始化，检测模块开始读取温度并传送给单片机，然后单片机控制LCD显示。系统自动对比检测值是否达到了预设值。如果键盘电路有预设值的话，那么系统根据预设值的要求给继电器下达指令，继电器启动相应的装置，控制温度达到设定值。温度传感器继续读取当前的温度值，如果没有达到预设值的范围，系统继续进行循环。当系统采集到的候温度高于预设温度，则启动报警电路并停止加热。基本的程序流程框图如图6所示。

4 系统调试

通过搭建硬件平台，对所设计的电加热手套以及温控系统进行调试和多次对比实验，发现系统测试的结果与红外测温仪测量的数据有一定的偏差，而且存在的误差也比较小，在可接受的范围之内，证明该系统的具有一定的可行性。电加热手套的温控实验曲线如图7所示。

从图中可知，红外测温仪测得的温度在40度上下波动，波动幅度较小，这主要是与传感器的温度取样位置以及传感器的数量有关。

5 结语

基于单片机的电加热手套温控系统以电加热手套和温度控制两个子系统为核心。采用逆变器和电加热材料设计和实现了电加热手套系统，采用单片机、温度传感器、显示器、继电器等设计和实现了温控系统。该系统原理简单、运行稳定、实现方便和硬件连线简单，经过测试和实验证明了该系统的具有一定的可行性和可靠性，具有一定的应用和推广价值。

参考文献

[1]李茸，段哲民，林珊珊，等.一种智能型电热毯温控系统的设计与实现[J].电子设计工程，2014，16（22）：5-7.

[2]赵跃齐.基于单片机的智能温控系统的设计与实现[J].计算机测量与控制，2009，17（4）：490-492.

[3]刘玉洁.DS18B20温度测量电路的设计与仿真Ⅱ[J].数字技术及应用，2011（4）：156-157.

[4]王峰，孟立凡.基于单片机的温室调温系统的设计与实现[J].电子世界，2011（1）：57-61.

[5]余瑾，姚燕.基于DS18B20测温的单片机温度控制系统[J].微计算机信息，2009，25（3）：105-107.

[6]李新刚.智能电加热温控系统的研制[D].黑龙江：哈尔滨工业大学，2005.endprint