基于單片機的溫度控制系統設計研究

摘 要：使用51單片機作為控制中心，來實現對溫度系統有效準確的相應控制，不但具有控制簡單、組態簡潔與靈活性好等各種優點，并且能夠大幅度地提升被控溫度的技術性能指標。在詳細分析基于單片機的溫度控制系統的硬件構成、軟件設計與相應的通信接口電路設計理論基礎上，研究在實際過程控制當中單片機溫度控制系統中的實際應用，最后提出了單片機的溫度控制系統實現的合理性與有效性。

關鍵詞：單片機；溫度傳感器；檢測與控制

1 引言

近些年以來，伴隨著社會的上升發展，溫度的測量與控制逐漸變得愈來愈重要，然而在實際測量與控制環節當中，怎樣保證迅速實時地對溫度實現采樣功能，保證數據的正確無誤傳輸，而且可以對所測溫度場實行較為精確的控制，是目前階段溫控系統應當迫切關注并且給予充分解決的重要環節[1]。在實際的具體實踐應用當中，通常使用單片機對溫度實行相應的控制，由于其不但具有控制方便、使用簡單與靈活性強等各種不同的實質優點，并且能夠大幅度地提升并且滿足被控溫度的技術性能指標要求，然后對提升產品的質量與數量具有極大的幫助。

2 單片機的理論介紹

單片機即為單片微型計算機的名字簡稱。其為一種集CPU、RAM、ROM、I/O接口與中斷系統等各個部件于一體模式的器件，體積雖然小然而功能強大，只需要外加電源與晶振就能夠簡單實現對數字信息的相關操作與控制。所以單片機在現代工業控制領域中已經得到相當良好的實際應用。單片微型計算機是伴隨著超大規模形式集成電路技術的前進發展而產生的。因為其具有體積小、功能強與性價比高等各種實質優點，主要可以改善勞動條件，節約能源，預防生產與設備事故，以便可以取得較好的技術性能指標與經濟效益[2]。

3 溫度系統的控制設計

（1）使用純硬件形式的閉環控制系統。此系統的突出優點在于執行速度較快，但是可靠性相對比較差、控制精度相對比較低、靈活性小、線路復雜、調試、安裝等各種環節都表現出不方便，需要實現題目所有的要求難度相對較大。

（2）FPGA/CPLD或者使用配置有IP內核的FPGA/CPLD執行形式。即為使用FPGA/CPLD完成采集、存儲、顯示與A/D等各種實質化功能，根據IP核實現人機交互與信號測量分析等各種功能。這種類型方案的優勢在于系統結構體系緊湊，能夠實現復雜形式的測量和控制，操作便捷；其相應的缺點為調試過程復雜與成本較高。

（3）單片機和高精度溫度傳感器相互結合的方式。即為使用單片機實現人機界面，系統相關控制，信號分析處理，根據前端溫度傳感器實現信號的采集和轉換目的。此類方法克服了前面兩種方法的缺陷，因此使用基于單片機與溫度傳感器實現對溫度系統的實質控制。

4 單片機的溫度控制原理

傳感器作為測量溫度數據信息的主要器件，經過傳感器將通過的溫度數據信息放大于電路中，先經過轉換變為毫伏級的電壓信號，將弱電壓信號逐漸放大至單片機可以實現自由處理的可調控范圍以內，然后再經過輸入A/D轉換器將電壓信號轉變成為數字信號，經過相應的軟件將取得的數字信號成功地輸送到主機模塊中[3]。在應用單片機對信號實現采集時，通常為了強化測量的準確度，應當要求在進行采樣的同時對信號實現數字濾波處理。通過數字濾波的信號之后就會逐步轉變成為相應的標度，將獲取到的溫度指數顯示于LED屏上。

在溫度控制系統總體設計的具體環節當中，其主要目的在于為了使得單片機可以對溫度實現實時有效的檢測與準確的相應控制，從而可以解決工業生產與日常生活領域當中對溫度控制難以掌握的實質問題。對于這種難以實現控制的狀況，使用十進制的數碼形式來顯示實際的溫度數值，會有有助于簡便地實現對溫度的檢測。當實際環境的溫度沒有呈現出規定溫度范圍之內時，系統則會啟動自動調節溫度的功能，以便維持不間斷地提供穩定的溫度，從而達到自動控溫的操作目的。

5 溫度控制系統的設計

5.1 硬件電路的開發與應用

在硬件電路的實際研究實踐開發過程當中，通常選取單片機作為系統控制主機，然后再配置兩路傳感變送器與多路開關，充分結合D/A 轉換器、V/l 轉換器與調節閥等各種操作設備，就基本能夠達到預先設定的目標，可以輕松實現對于貯液容器溫度進行有效的自動控制目的。同時能夠依據各自實際操作應用過程當中的不同實際需求，適當搭配設定一部分比如鍵盤、報警電路與顯示電路等各種設備以便可以更好完善系統的實際功能[4]。

5.2 軟件開發與應用

系統的操作軟件主要是使用C語言實現，對單片機實行編程以達到各項功能的目的。主程序對于模塊實行初始化操作，然后進行讀溫度、處理溫度、顯示、鍵盤等各種處理模塊的調用處理。使用循環查詢形式，用于顯示與控制溫度，主程序的主要功能為負責溫度的實時顯示、讀出并且處理控制芯片的測量當前溫度值，同時負責調用各個子程序。熱電偶測量得到的溫度數值會逐步從模數轉換電路變為數字，再通過P11：3將其傳輸至單片機內部。然后每隔10s的階段，時間自動中斷控制系統便開始功能實現，對實際測量的溫度實現集中采樣操作，并且統一把采集到的溫度和之前預定的溫度數值實行比對分析。依據不同程度的比較結果，系統則會實行自動調節控制。假如實際測量的溫度和預先在系統內部設置的溫度具有一定程度的差距時，系統能夠自動執行截斷功能，或者可以經過全功率的輸出指令來實現可控硅的導通角，從而達到調整偏差的目的。

5.3 溫度檢測的開發與應用

熱電偶傳感器是對溫度系統實現溫度檢測過程時通常使用的一種傳感器。這種熱電偶傳感器不但有質優價廉的優點，而且具有非常高的精度，和其它一部分傳感器相對比，其整體構造顯得相對比較簡單，然而其測量的范圍卻顯得極為廣泛，并且有反應速度較為快速的理想優勢。然而目前階段的熱電偶傳感器所輸出的電壓信號仍然相對比較微弱，只可以識別幾毫伏至幾十毫伏范圍以內的電壓，所以通常在實行AID轉換的時候，首先應當對其信號實行一定程度的調節處理，然后經過使用高放大倍數的電路放置于AID轉換器上來得以實現[5]。

6 結束語

基于單片機的溫度控制系統在當前階段的工業生產領域中表現相當的實用，不但能夠實現對環境溫度的實時有效的檢測與精確測量，還可以依據提前設置的溫度數值來進行調節溫度與控制溫度的目的。這系統具有研制成本低、精度高、可靠性強、操作靈活與可擴展性強的實質特點，能夠極大地方便使用者實現查詢操作，很大程度上能夠提升生產效率，具有很高的推廣價值與較理想的應用發展前景。

參考文獻

[1]趙娜，趙剛.基于51單片機的溫度測量系統[J].微計算機信息，2007（6）.

[2]劉伯春.智能PID調節器的設計及應用[J].電子自動化，2005（3）.

[3]王忠飛，胥芳.MCS-51單片機原理及嵌入式系統應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2007.

[4]劉攀，俞杰.基于單片機的溫度測控系統[J].蘭州交通大學學報，2005（6）.

[5]夏曉南.基于單片機的溫箱溫度和濕度的控制[J].現代電子技術，2005（24）.

作者簡介

田少鋒（1989-），男，學歷，本科，研究方向： 工廠供配電方向。