设计方案整体介绍
恒温加热器作为一种提供恒定温度的设备，被广泛地应用于生产、生活、实验等领域。在医用、水产、特种工业、工业探伤、照相等行业，需要有稳定而精确的温度进行加热，因而对恒温加热器需求量很大。
我们在这里提出一种实用且精度较高的恒温加热器电路设计方案，仅使用一个单片机系统和一个温度传感器实现对温度的精确和智能控制，并可设定加热温度和恒温加热时间。该加热器通过市电供电，无须专用电源，控制简单。可通过左、右向等2个按钮对操作位进行调整；通过加、减等2个按扭对控制量（温度/加热时间）进行调整；通过启动/暂停键启动/暂停程序；通过温度/时间转换键转换对温度/时间调整。目前的设计可以满足室温到100℃的加热条件，如果对该电路进行商业化改造（如外观设计、使用特种材料等），可以使该产品适用多种场合。
恒温加热器电路整体模块
该恒温加热器主要由以下5个模块构成，温度传感器及信号处理电路、A/D转换采样电路、中央控制电路、加热电路、显示设备、输入设备。
中央控制电路从输入设备中读入设定的加热温度、时间后，控制加热电路开始加热。温度变化引起温度传感器上电压的变换，经过信号处理电路处理后送入A/D采样电路。每隔时钟周期，将信号完成A/D转换后送入中央控制电路的单片机中。当被加热物达到设定的温度时，中央控制电路输出相应的电平控制加热电路断开，加热停止。如此反复，使被加热物的温度稳定在所需要的温度附近。
温度传感器及信号处理电路设计
温度传感器是恒温加热器实现高精度控制的关键。因此要求传感器有很好的线性。同时为了最大限度地提高可加热范围内的温度控制精度，要求温度在 0℃—100℃变化时，对应输出电压在0V—5V线性变化。（根据选用的ADC模拟输入范围不同对电路进行适当调整。）
AD590温度感测器是一种已经IC化的温度感测器,它在-55℃——150℃温域中有较好的线性度，其标定精度因器件的档次而异（常分为I，J，K，L，M五档）其非线形误差因档次而异。I档△T＜±3℃，M档△T＜0.3℃，其余档次在二者之间。 可以将温度转换为电流,通过外加电阻转换和使用差动放大使0℃—100℃温度变化转换到0V—5V的标准电压。将转换后的电压输入到ADC中，可以最大限度地提高可控温度的精度。
AD590输出电流以绝对温度零度(-273℃)为基准,每增加1℃, 增加1μA输出电流。因此，在室温25℃时其输出电流Io=(273+25)=298μA。Vo的值为Io×10K,若室温为25℃, 则输出值为2.98V=(10K×298μA)。
AD590的输出电流I=(273+T)μA(T为摄氏温度), 因此测量电压V为(273+T)μA ×10K= (2.73+T/100)V。为了测量电压需使输出电流I不分流,我们使用电压追随器，使其输出电压V2等于输入电压V。
由于一般电源供应较多元件之后,电源会带杂讯。我们使用齐纳二极管作为稳压元件, 利用可变电阻分压, 使输出电压V1调整至2.73V。 接下来我们使用差动放大器，使输出Vo为 (50K/10K)×(V2-V1)=T/20V。若温度为摄氏30度,则输出电压Vo为1.5V。
控制电路设计及软件算法
经信号处理后的电压被送入A/D转换芯片。由于80C51单片机是8位单片机且A/D转换芯片最低位存在量化误差，应使用10位或者12位并行A/D转换芯片，取其高8位作为输入。
由于8位最多可以产生2的8次方共256个量化电平，每个数字量对应的温度为256/100=2.56数字量/℃。例如，当温度为30℃时数字量=30*2.56≈4CH。由此可将相应的温度转化为编码，在程序设计时作为温度判定的标准。
C51系列单片机共有4个I/O接口（P0—P3），其中P3除了可以作为普通的I/O接口外还可以作为中断控制，计数器输入等。由于在本系统中，需要控制的外部设备比较多，所以会采用接口复用的方式。
由于在设置温度、时间时，系统并不需要从A/D转换芯片中读取数据；在系统开始自动加热的过程中，也不能对温度、时间设置进行修改。所以可以将P0接口复用为输入和A/D转换芯片共用。使用2片74ls157完成多路复用，用P2接口的设置/工作状态控制位的输出作为74ls157的复用选择信号，保证设置和A/D输入不同时进行。即使在出现误操作的情况下也不会影响系统的正常工作。
温度和时间显示由4片LED七段数显管连接4片七段译码器完成，使用P1接口作为输出。其中P1低4位作为编码输出，高4位作为片选信号。通过依次选通各片七段译码器，即可以实现温度和时间显示。
P2接口作为控制输出端。P2.0作为加热控制位，当其为高时，电子开关组接通，加热开始；P2.1作为LED同步信号，使LED变化同步；P2.2作为设置/工作状态控制位。为了标志控制状态，分别使用2个附加的LED与加热控制状态位、设置控制状态位相连。
使用P3的一个中断输入，产生一个中断将键盘码送入单片机中。同时将P3的2个非中断输入作为设置/启动转换健和温度/时间设置转换键，利用查询方式检测是否输入。
在初始化中，将计时清零，控制电平默认为高电平。数据输入后，控制电平输出，加热电路接通，开始加热。温度达到或超过设定值，控制电平为低，暂停加热；当温度回落到设定温度以下控制电平为高，再次加热，这样即可实现恒温。在框图中，计时步骤要完成延迟和计时2个功能。在温度未达到设定值以前，不计时，只完成延迟0.1s的功能，0.1s后跳转到检测温度步骤继续执行。当温度第一次达到设定值，加热阶段结束，保温阶段开始，计时随之开始，其具体实现为延迟结束后，计时变量加1，再跳转到温度检测。以后每次执行到计时步骤时，计时不停，无论控制电平是否为低（高）。计时过程中还可通过进位以避免数据溢出。（其方法为当计量0.1秒的变量满10后清零且计量秒的变量加1。以此类推，最后进位到计量分钟。）当计时完成后，程序结束，控制电平为低，加热停止。由此实现精确到秒的恒温时间控制。 | 
