淺談嵌入式單片機(jī)的自動(dòng)調(diào)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳曉紅

摘 要：文章以嵌入式單片機(jī)的自動(dòng)調(diào)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為研究點(diǎn)，通過(guò)介紹其設(shè)計(jì)程序，不斷提升其利用效率，以期能為業(yè)內(nèi)外專業(yè)人士提供參考與建議。

關(guān)鍵詞：嵌入式單片機(jī)；自動(dòng)調(diào)溫系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

一、嵌入式單片機(jī)的自動(dòng)調(diào)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）選擇合理的單片機(jī)與傳感器。單片機(jī)屬于系統(tǒng)中較為核心的部分，對(duì)回路控制、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)處理等系統(tǒng)功能都起著決定性作用。結(jié)合傳感器的經(jīng)濟(jì)性、特點(diǎn)意義質(zhì)量等信息，本次研究以DS18B20數(shù)字溫度傳感器作為主要選擇。該傳感器屬于單總線類器材，不僅線路較為簡(jiǎn)單，且占地面積小，其基本原理是鉑電阻測(cè)溫，且相同通信系統(tǒng)的走線上能夠掛數(shù)個(gè)傳感器，因此其操作程序較為簡(jiǎn)便。同時(shí)，DS18B20數(shù)字溫度傳感器還能采集溫度信息，借由走線與單片機(jī)連接之后，即可直接集成傳感器和數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路[1]。而通過(guò)設(shè)定接口，單片機(jī)還能和數(shù)個(gè)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸操作。這樣的系統(tǒng)模式具備較高抗干擾性，而且還能迅速適應(yīng)周圍環(huán)境。

單片機(jī)將傳輸接口、運(yùn)算器及控制器等元件功能直接集成到同一個(gè)芯片之上，所組成的計(jì)算機(jī)為單芯片式，盡管數(shù)量較少，但是其功能較為豐富。單片機(jī)整體體積較小，只會(huì)消耗少量電能，因此在工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，且在智能化的發(fā)展進(jìn)程中也具有顯著優(yōu)勢(shì)。

溫度傳感器不僅能夠經(jīng)由電源線直接供電，還能達(dá)到寄生電源的供電目標(biāo)，由于其接地端是GND，信號(hào)端是DQ，外接電源的輸入端是VCC，因此為了保證傳感器可在特定時(shí)間段內(nèi)持續(xù)性供電，可在金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管上拉總線。而采取電源供電方案時(shí)，需對(duì)主機(jī)的控制溫度進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

（二）暖氣溫度自動(dòng)調(diào)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)。溫度測(cè)量電路承擔(dān)著對(duì)暖氣溫度進(jìn)行二次測(cè)量的職責(zé)，本次研究以PT100鉑熱電阻作為主要選擇。該測(cè)溫儀表的溫度可控制在-200℃-600℃之間，不僅精度較高，而且復(fù)現(xiàn)性好、信號(hào)強(qiáng)以及穩(wěn)定性佳。

（三）單片機(jī)人機(jī)接口模塊設(shè)計(jì)。人機(jī)接口模塊屬于系統(tǒng)和操作者傳輸信息的重要渠道，主要包括數(shù)據(jù)輸入、操作者對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的干預(yù)、系統(tǒng)向操作者報(bào)告運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行結(jié)果等功能。該模塊在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的優(yōu)劣，會(huì)直接對(duì)操作程序的直觀性、系統(tǒng)的智能化功能造成直接影響，而人機(jī)交換環(huán)節(jié)的常用設(shè)備即顯示器與鍵盤(pán)。其中，鍵盤(pán)屬于應(yīng)用系統(tǒng)中較為關(guān)鍵的部件之一，不僅可以輸入數(shù)據(jù)進(jìn)單片機(jī)的自動(dòng)調(diào)溫系統(tǒng)內(nèi)，同時(shí)還能夠傳遞計(jì)算機(jī)發(fā)出的命令，在人工對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行干預(yù)的過(guò)程中會(huì)起著重要作用。鍵盤(pán)通常被安裝于控制面板，包括向上、向右、向下、向左、確認(rèn)以及主菜單等按鍵，而為了節(jié)約電能消耗量，通常將液晶顯示器設(shè)置為關(guān)機(jī)狀態(tài)[2]。通過(guò)按鍵，系統(tǒng)能夠在不同時(shí)段內(nèi)分別設(shè)定溫度與時(shí)間，同時(shí)還能借由按鍵查看設(shè)置情況、時(shí)間以及熱量消耗情況等。同時(shí)，智能設(shè)備中通常需要顯示相關(guān)測(cè)控信息，然而由于設(shè)備體積與功耗等條件具有限制性，因此不建議選用CRT顯示器。

（四）流量測(cè)量電路的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。流量測(cè)量電路以UGN31

44開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器作為主要選擇，當(dāng)霍爾器件成功輸出電壓之后，該傳感器會(huì)對(duì)其閾值進(jìn)行甑別與處理，將其無(wú)限放大之后，會(huì)直接輸出數(shù)字信號(hào)，且根據(jù)實(shí)際需求確定數(shù)字信號(hào)電平值的高低。但是，由于霍爾傳感器所輸出的有效波形并非理想方波，一旦受到外界因素的干擾，就會(huì)使波動(dòng)出現(xiàn)異常抖動(dòng)，因此對(duì)于電路還需進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼闻c濾波。

（五）模糊控制。該系統(tǒng)對(duì)模塊的控制主要通過(guò)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算方法實(shí)現(xiàn)，調(diào)溫通常需要經(jīng)歷三個(gè)過(guò)程，分別是檢測(cè)——實(shí)施——效果體現(xiàn)，該過(guò)程不僅經(jīng)歷的時(shí)間較長(zhǎng)，而且并非始終保持線性變化，因此在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大難度，其精確性無(wú)法得以保證。鑒于此，若要實(shí)現(xiàn)對(duì)室溫的有效控制，建議選擇模糊控制技術(shù)作為主要技術(shù)類型，通過(guò)合理設(shè)定精度，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的準(zhǔn)確控制。對(duì)于嵌入式單片機(jī)的自動(dòng)調(diào)溫系統(tǒng)，如果設(shè)定溫度趨向于室內(nèi)溫度時(shí)，需要及時(shí)調(diào)整固態(tài)繼電器導(dǎo)通時(shí)間，以此方式不僅能有效達(dá)到既定調(diào)溫效果，還能節(jié)省能源輸出總量，具有較高實(shí)踐價(jià)值。

室內(nèi)溫度模糊控制系統(tǒng)以模糊控制器作為其核心，而控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、模糊對(duì)策、合成推理計(jì)算法、控制規(guī)則等直接影響著系統(tǒng)性能。若將室內(nèi)溫度變化率和誤差視作輸入變量，將電磁閥實(shí)際開(kāi)啟程度視作輸出量，在限定輸入狼論域基礎(chǔ)上，將模糊語(yǔ)言劃分成七個(gè)不同等級(jí)，那么輸出的實(shí)際論域會(huì)明顯擴(kuò)大約一倍左右。當(dāng)模糊量取代精確量之后，還可將精確量劃分成幾個(gè)不同的檔次，而且每一個(gè)檔次和模糊集必須一一對(duì)應(yīng)。

結(jié)束語(yǔ)：自動(dòng)調(diào)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)必然會(huì)朝著智能化方向不斷發(fā)展，嵌入式單片機(jī)的自動(dòng)調(diào)溫系統(tǒng)整體精確度也在不斷提升，其調(diào)節(jié)效果愈加顯著。通過(guò)使用嵌入式單片機(jī)，相關(guān)數(shù)據(jù)可以達(dá)到無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還能對(duì)自動(dòng)化程序進(jìn)行遠(yuǎn)端控制，因此該單片機(jī)適用于所有環(huán)境中，且其溫度調(diào)節(jié)也更加精準(zhǔn)，具有較高可靠性與穩(wěn)定性，使用前景較為明朗。而在具體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需要設(shè)計(jì)人員不斷提高自身操作技能，確保自動(dòng)調(diào)溫系統(tǒng)充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張玉良.基于嵌入式DSP的光電平臺(tái)圖像自動(dòng)調(diào)焦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2014，33（07）：64-67.

[2] 楊正校，沈健.一種基于PIC16F877A單片機(jī)的智能升降椅的系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2014，27（07）：147-150.