概述

　　传统的机械恒温器主要用于厨具等开关器具，控制温度的开关调节，存在调节精度不高、低温调节不精确、出厂校准、容易损坏零部件等缺陷} 本文利用 PIClOF204微控制器，结合可控硅开关器件设计的基于微控制器的恒温器，可广泛应用台灯、吸尘器等家用器具，具有超低成本、操作简单、灵敏度高、自动断电等功能。

　　机械恒温器的工作原理机械恒温器运转的工作原理以传统电灶为例，它产生的热量是由电阻加热元件的交流线电压引起。可调整的机械恒温器的加热部件有一个可以旋转的拨号盘，能够设置部件的电流值，如下图所示。

　　机械恒温器是由金属条、垫片和接触器组成，用以连接和断开电源，其中，连接和断开是由旋转拨号盘的设置决定，当机械恒温器的拨号盘介于全关和全开之间时运作顺序如下：（1）开关的两个终端产生了接触；（2）开关的电阻材料，使得某些部分加热以至膨胀；(3)膨胀的材料推开了接触器并且停止传导电流；(4)元件开始冷却直到接触器又重新接触。

　　根据拨号的位置，开关频繁地重复操作。它可以无限地控制，但没有一个明显的参考界限，因此精度不高而且不断地随着温度的变化而改变。当拨号没有处在绝对的位置(全关或全开)时，接触器上经常发生拱起，这些缺点都影响了其可靠性。

　　PIC1OF204微控制器的恒温器方案

　　在利用微控制器的设计中，可控硅开关元件是用来控制电流回流到加热的元件。可控硅开关元件是个三端双向的交流开关)它是由门电路的低能量信号触发。

　　1.PIC1OF204微控制器特点PIC1OF204微控制器为RISC结构、低成本、高性能、8位、全静态和基于闪存的CMOS的8引脚MCU，特点为：(1)3个可单独进行方向拴制的I/0口和1个只用作输入的I/0口，可直接驱动LED指示灯；（2）16字节RAM、256字节的Flash程序存储器；（3）8位实时时钟/计数器，带8位可编程预分频器；(4)看门狗定时器；（5）1个比较器,8个特殊功能寄存器；(6)支持在线串行编程、在线调试、可编程代码保护功能；(7)4MHz高精度内部振荡器。

　　PIC1OF204具有降低系统成本和功耗的特殊功能。内部具有上电复位电路(POR)和器件复位定时器(DRT)，无须外接复位电路,内部的高精度振荡器节省了I/0口资源，MCU的省电休眠模式、看门狗定时器和代码保护功能降低了系统成本和功耗，增强了系统的可靠性。

　　2.可控硅的工作条件如下：

　　a.可控硅承受反向阳极电压时)不管门极承受何种电压，可控硅都处于关断状态。

　　b.可控硅承受正向阳极电压时)仅在门报承受正向电压的情况下可控硅才导通。

　　C，可控硅在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，可控硅保持导通，当主回路电压(或电流）减小到接近于零时，可控硅关断。

　　3.过零切换原理可控硅调压方法有2种：

　　通过可控硅移相触发控制和可控硅过零触发控制。

　　3.1可控硅移相触发可控硅触发脉冲的移相触发角分别为30度、90度、150度时的导通情况如图a、图b、图c所示，负载两端的电压及平均功率是随移相触发角的变化而变化的。

　　3．2可控硅过零触发可控硅过零触发是在电源电压零点附近触发可控硅导通，通过改变设定周期内可控硅导通的次数，实现交流调压和调功。定周期过零触发工作原理图如下图所示，

图中Tc为控制信号的周期，T1和T2分别为可控硅的通、断时间，且Tc=T1+T2。由于过零切换是全周期或开或关，这样消除了电磁干扰，同时电阻加热元件情况下，这种控制方法能更有效的降低的电磁干扰。

　　4．电路设计原理图

　　利用PIC1OF204的硬件设计原理图如下图所示，

电路简单，徵控制器的电源是由电阻式电源变压器供电，由于该供电方式受交流干扰较大，故电路中用了较多的滤波电路。

　　其中，5V齐纳二极管的阳极串联一个电阻直接接到GP3输入，通过该引脚可以看出它是否过零点；3V的齐纳二极管D4用于保证当地信号波动时电源VDD的稳定性；LED指示灯用于指示可控硅的工作状态。

　　电路初始化工作时，将微控制器的GP1引脚设为输出，对C6进行充电，电充满后，将GP1设为PIC1OF204的内部比较器，比较器使用的时间是通过定时器0测量得到。GP1的电压约为微控制器内沟道的参考电压(0.6V)，当RC衰减电路的电压下降到参考电压值时，比较器触发，同时将比较器的触发周期作为可控硅的控制周期，再结合过零检测触发可控硅的导通。

计算，式中Vref=0.6V，Vz=3V，本文的电位计阻值变化范围为O~25kΩ之间，且变化与时间存线性关系，利用比较器的跳变时间t可以精确计算衰减时间)同时RC时间常数应满足最大延时为半个周期或8.33ms，满足过零点放电时间且可测量下一个过零点输出电压的衰减时间。

　　考虑到交流线的噪声及外界对微控制器的干扰，增强系统抗干扰能力，在电路中增加了π滤波电路，同时使用陶瓷电容能更有效地抵抗射频信号的干扰。

　　软件设计

      软件设计重点为过零点检测设计，对GP3电平由1变为0与由0变为1的判断，可知发生了过零，再通过软件处理过零点触发可控硅的通断。通过电位器调节可控硅的控制周期,从而达到恒温的效果。可控硅的控制原理如下图所示，软件流程如下图所示。

可控硅的控制原理图

软件流程图

 

　　由于该电路是在国外应用的，如果应用到我们实际中来时要对软、硬件进行适当的改变，满足不同的设计要求。

　　开发环境及工具系统软件调试工具可采用入门级编程调试器MicroChipPlCKitTM2。它是一种成本低廉、简单、快速的开发型编程调试器，支持大多数Flash系列单片机，同时PlCKitTM2编程调试器支持固件升级，操作系统升级后可支持更多的新器件。

　　PlCKitTM2编程调试器为USB迷你-B型连接器，通过6引脚连接到目标器件，支持在线串行编程(ICSP)方式进行编程，ICSP连接的5个信号分别为：(1)编程电压VPP：提供器件的编程电压时器件将进入编程模式；（2）编程时钟线(ICSPCLK或PGC),PICKitTM2到目标器件的单向同步串行时钟线；(3)编程数据线(ICSPDAT或PGD)：一个双向的同步串行数据线；（4）电源正极VDD；（5）电源参考地VSS。编程调试时必须允许编程信号连接到PICmicro器件上，且不会干扰编程信号，同时ICSP连接头应尽可能缩短PlCKitTM2到目标标的连线，确保ICSP信号电平的转换速率。

　　当然)硬件调试工具还可采用ICD2或其它下载器，软件环境可采用MplabIDE或其它Microchip编译软件。

　　结束语

　　本文介绍的可控硅开关恒温器作为一种通用型方案，具有较高的可靠性、安全性、精确性、可在线编程的灵活设计性等优点。整个系统设计连接简单，实用性强，同时在该方案的基础上扩展温度反馈和自校准功能，增加系统的扩展功能。