基于單片機的溫度控制系統設計

徐博

遼寧錦州渤海大學工學院

基于單片機的溫度控制系統設計

徐博

遼寧錦州渤海大學工學院

隨著計算機技術的不斷發展，計算機中很多的領域行業中都有著重要的應用價值，隨著單片機的不斷應用發展，在自動控制領域中也廣泛運用到了單片機技術，單片機在實現自動控制的過程中充當著重要的核心地位，本文設計了基于單片機的溫度控制系統，文中主要是從硬件設計和軟件設計進行展開論述。

單片機 溫度控制 數據采集

1 引言

溫度在人們的生活中充當著的作用無法被替代，在工業生產中，溫度是作為測量的參數之一。溫度在物理以及化學反應中都存在，因而，生產自動化中對溫度進行控制具有重大的研究價值。隨著計算機技術的不斷發展進步，對溫度進行性測量的儀器的研究也日益增多，很多的工業領域中都會應用到測溫儀器，目前在溫度控制系統中實現智能化是大勢所趨。尤其是現今的社會背景下，溫度控制系統已經融入到人們的生活中，成為了有著重要應用價值的一部早，但是關于溫度控制的發展還有待突破，所以研究溫度控制系統有著重要的現實意義以及理論意義。

2 總體設計

基于單片機的溫度控制系統的總體電路圖如圖1所示。

圖1 總體電路圖

3 硬件設計

3.1 傳感器接口電路設計

作為非線性對象中的一種，溫度的特點是慣性大，通常情況下在溫度低的范圍之類形成的慣性比較大，處于溫度比較高的范圍之類其慣性小些。為了更好地進行溫度控制，通常設定的傳遞函數如公式（1）所示。

3.2 溫度數據采集電路

溫度傳感器的型號選擇的是DS18B20，相比傳統的溫度傳感器，DS18B20的主要特點總結成幾點：DS18B20的接口方式是單一的，DS18B20還能夠實現多點組網，將幾個的DS18B2共同連接在三個線中，從而進行多點組網。在運用DS18B20的時候不添加其他的外圍元件，溫度控制的范圍通常是處于-50℃到+120℃之間的，其中的測溫分辨率設定為±0.4℃；將溫度測得的結果發送給CPU，其中的結果傳送形式是9位數字量。進而進行CRC驗證，DS18B20的實現增強了抗干擾糾錯能力。數值與溫度之間的關系如表1所示。

表1 數值與溫度的關系

3.3 ADC0809轉換器

A/D中的主要核心是ADC0809，該過程的A/D轉換是通過逐次逼近實現的。ADC0809的電源設置的是+5V，而且芯片中有8路模擬多路開關，該開關能夠將8路0到5V的模擬電壓實現分時轉換，而每一次的轉換時間是100μS。

ADC0809中的引腳介紹如下：D0-D7表示8位輸出數字量。IN0-IN7表示8路輸入模擬量。VCC表示工作的電壓。GND表示接地。

START表示A/D轉換中信號啟動的輸入端。

A、B、C分別表示地址的三個輸入端。

其中A/D誤差大小為實際模擬量和理論模擬量的差值，如公式（2）所示。

ΔV=V0-VR （2）

3.4 LED顯示接口電設計及數碼管

本文所選擇的4位數碼管對時間進行動態地顯示，其中溫度的精度保持的是0.1℃。在單片機的系統中，LED顯示器有著重要的作用，隨著單片機的不斷發展，LED顯示器的運用十分廣泛。LED數碼器通常應用的場合是僅有數碼和其他由字母所組成的內容。因為LED數碼器的配置比較靈活，界面比較清晰，同時在與單片機的接口相互連接的時候，實現起來比較容易。

LED數碼管在進行字段顯示的過程中充當著不可替代的器件，LED數碼器的組成部分主要包括了多個發光的二極管。如導通果發光二極管，則二極管中相應點就被點亮，從而也對其他組合的二極管進行導通，通過二極管能夠將多種字符顯示出來，通常選擇的LED數碼管的段數一共是7以及形成的是“米”字段的樣式。一般情況下此種顯示器可以分為兩極；陽極和共陰極。所謂的共陰極LED顯示器是將里面所有的陰極都連起來，同時將二極管的共陰極接地。如果發光二極管的陽極顯示是高電平的是時候，二極管的相應字段就會顯示亮點。與此同時連接起LED顯示器中的共陽極的所有陽極，一般情況下共陽極是和正電壓相互連接起來的。LED數碼管和發光二極管是相同的，其中正向壓降設定的范圍是1.5V到2V之間，額定電流設置成10mA，電流的最大值是40mA。

3.5 溫度采樣部分

在溫度控制系統的設計中需要設置溫度參數，但是在這個測量參數中需要采集溫度的數據信息，而這個采集部分是通過溫度采樣單元實現的，采樣單元中包括了轉換溫度電壓、放大小信號和數字模擬信號的轉換等。從溫度到溫度電壓的而這個轉換過程的實現需要借助于溫度傳感器-熱敏電阻，放大小信號的實現需要借助于放大電路，而模擬信號向數字信號之間的轉換過程是通過ADC0809實現的，獲取溫度數據信號后需要發送單片機中，經過進一步處理從而形成輸出的信號是二進制形式。

3.6 溫度傳感器

從一定的角度上分析，所謂的溫度傳感器指的是，物體自身的性質會隨溫度的改變而改變。比如，生活中的很多的物品的性質與溫度有著直接的關系，當溫度發生改變的時候，物質的特性也會發生相應的改變，所以這些物質材料都可以當成是溫度傳感器，然而，一個材料能否成為溫度傳感器除了這點之外還需要有其他的特點如下：

1)當溫度發生改變的時候，物體的特性改變也很大，而且這個發生改變的變量是很容易進行測量的。

2)溫度和物體的特性之間存在著一一對應的聯系，該類物體只會對溫度很敏感。

3)產生的性能在誤差方面比較小。

4)投入的成本比較合理，從而適應生產中大量應用。

生活中很多物體都滿足上述幾點要求，這些就是溫度傳感器，比如玻璃溫度計，熱電阻，以及熱電偶等。

4 系統軟件設計

其中總結構中主要是由三個部分組成的，分別是主程序、按鍵子程序以及獲取溫度等組成。先將按鍵設置成功，成功設置了溫度值之后，就能夠在數碼管中看到這個溫度值，接著，A/D轉換器中就會將采集所得到的溫度進行轉換，溫度的數字信號就會在數碼管中成功顯示出來，加熱器的控制是通過單片機實現的，通過加熱器可以對溫度進行升溫和降溫。

4.1 本文設計的主程序圖如圖2所示。

圖2 主程序流程圖

4.2 溫度獲取流程

首先是進行初始化，然后判斷DS18820是否存在，如果存在，系統就會啟動ROM指令，接著繼續執行存儲操作，最后進行溫度的讀取。流程圖如圖3所示。

圖3 讀溫度流程

5 結語

在日常的生活中，很多方面都有涉及到溫度控制，比如溫棚、游泳池等場合中都有必要安裝溫度控制系統。但是傳統的溫度控制的實現是通過人工進行的，所以重視度依然不夠。本文具體介紹了數碼顯示器，數據采集等方面。

[1]孫杰,張學軍,劉云,等.基于單片機的溫度控制系統設計及仿真[J].農機化研究, 2015(4):219-222

[2]康妙,都廣玉.基于單片機的溫度控制系統設計及其應用[J].中國電子商務, 2014(19):72-72

[3]趙鴻圖.基于單片機的溫度控制系統的設計與實現[J].微計算機信息, 2008, 24(26):54-56

[4]王寶芹,范長勝,郭艷玲.基于單片機的溫室溫濕度控制系統設計[J].林業機械與木工設備, 2008, 36(3):39-41