基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的開發(fā)與應用

邵惠東

近年來，隨著科技的進步和生活水平的提高，人們在生產和生活中對于溫度控制的需求也越來越高。為了滿足人們對于溫度控制的需求，經過多年的探索和試驗，兼具穩(wěn)定性和可靠性的溫度控制系統(tǒng)是目前運用最廣泛的溫度控制手段，其能確保生產產品所需要的溫度，確保生產有秩序的進行。單片機作為溫度控制系統(tǒng)的核心，能夠通過實現(xiàn)相應的溫度控制而提高系統(tǒng)性能。本文圍繞單片機溫度控制系統(tǒng)的有關問題進行了探討，對單片機的基本概念和常見溫度控制方法做了簡單的介紹，重點討論了單片機溫控技術原理及其開發(fā)與應用。

【關鍵詞】單片機 溫度傳感器 溫度控制系統(tǒng) 檢測與控制

在實際的生產和生活中，隨著人們對生活品質的要求越來越高，溫度控制系統(tǒng)需要解決重多關鍵問題，如如何實時采樣、數(shù)據(jù)的及時快速傳輸以及對現(xiàn)場進行有效的溫度控制等。單片機具有方便靈活、高性能的特點，能提高溫控的技術指標、提高生產效率。因此，單片機溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)生產領域前景廣闊。

1 單片機及背景簡介

單片機是單片微型計算機的簡稱，其主要由CPU、RAM、ROM、I/O接口和中斷系統(tǒng)等多個部件組成，具有體積小、功能大、性價比高的特點，可實現(xiàn)對數(shù)字信息的處理。單片機具有節(jié)約能源、改善條件、提高指標的特點，因而越來越受到人們的關注，在現(xiàn)代工業(yè)控制領域的應用尤為廣泛。

2 幾種實現(xiàn)溫控的方法

在溫度傳輸數(shù)據(jù)的過程當中，存在很多因素會影響溫度數(shù)據(jù)的保存，甚至影響溫度數(shù)據(jù)的真實性和可靠性，因此，采取有效的相關措施保障溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽渴鞘直匾摹８鶕?jù)相關研究和溫度控制情況來看，目前，按照溫度控制的情況，可將溫控方法分為：純硬件閉環(huán)控制系統(tǒng)、FPGA/CPLD或采用IP內核的FPGA/CPLD溫控方式以及單片機與高精度溫度傳感器相結合的方式。

其中，純硬件閉環(huán)控制系統(tǒng)可高速運行，相比較而言能節(jié)約時間，但其并不能保證傳輸數(shù)據(jù)的可靠性，導致控制精確性不高，此外，該系統(tǒng)也不易安裝調試，在安裝和調試過程中易出現(xiàn)問題。

FPGA/CPLD或采用IP內核的FPGA/CPLD溫控方式的系統(tǒng)結構較為緊湊，具有簡單、易操作的特點，其主要缺點為調試過程復雜、應用成本偏低，相比較而言性價比較低。

單片機與高精度溫度傳感器相結合的方法指的是通過在單片機上建立人機界面的方式，對系統(tǒng)進行控制，還可以通過溫度傳感器對采集的數(shù)據(jù)進行轉換。此種方法在實際中應用廣泛，解決了前兩種方法的不足，既能保證設備的運行速度又能保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_度，性價比較高，因此，該方法在實際應用中被廣泛應用。

3 單片機的型號選擇與系統(tǒng)框架

3.1 單片機型號的選擇

在整個溫控系統(tǒng)中，單片機的型號至關重要，要求所選擇的單片機具有高性價比、高內存、運行速度快等特點。經過多次的實驗認證，由ATMEL生產的AT89C51單片機擁有4k字節(jié)可編程閃速程序存儲器，鎖定三級程序存儲器，內部數(shù)據(jù)存儲器大，共有128×8位，具備上述所要求的條件，是構造溫度控制系統(tǒng)的理想選擇。

3.2 傳感器的選擇

在溫度傳感器的選擇上，本文重點討論采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，采用此傳感器對溫度數(shù)據(jù)進行采集。DS18B2可以適用3.0V到5.5V的電壓，電壓范圍適用較廣，也可以由數(shù)據(jù)線供給電源；通訊便利，單線接口即可實現(xiàn)雙向通信；支持多點組網測溫功能，多個DS18B20可并聯(lián)在唯一的三線上進行溫度的測量；可以測量的溫度范圍為零下55℃至125℃；分辨率高，可編程的分辨率為9至12位，測溫精度較高。

3.3 系統(tǒng)框架的構建

本系統(tǒng)主要包含了數(shù)據(jù)采集、電路驅動、溫度設置、顯示以及單片控制等多個模塊。本系統(tǒng)的工作流程如下：由數(shù)據(jù)模塊實時采集溫度數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)傳送給單機片，數(shù)據(jù)信息經單機片處理后再傳送至顯示模塊，將信息顯示出來。設置模塊的主要作用是提前預定溫度，即為預定溫度，在監(jiān)測過程中，當檢測到系統(tǒng)溫度低于預定溫度時，單機片立即自動控制電路，運行加熱程序，加熱電路，同時會有警報聲提醒溫度出現(xiàn)異常；當檢測到的溫度達到預定的溫度時便會停止加熱，系統(tǒng)開始正常運行。

4 基于單片機的溫度控制原理

溫度傳感器在單片機溫控系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，是溫度測量值的主要載體。基于單片機溫度控制原理如下：在測量實時溫度后，傳感器將接收到的電壓信號逐漸放大并傳輸給單片機，使單片機在其可控范圍內進行自我處理。在經單片機處理之后，A/D轉換器將電壓信號轉換為數(shù)字信號，再通過相應的處理軟件，將數(shù)字信號傳送給主機，通過主機顯示出來。對采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)信號的分析過濾可以提高數(shù)據(jù)的精確程度，過濾后的數(shù)據(jù)信號會轉換為相應的標度，在屏幕上就會顯示實時的溫度指數(shù)。還可以根據(jù)實際情況預先設定溫度，將實時溫度與預設溫度對比，計算兩者差值，根據(jù)差值的大小對環(huán)境采取不同的調節(jié)措施。

5 單片機溫度控制系統(tǒng)的開發(fā)與應用

單片機溫度控制系統(tǒng)主要是采用C語言對單片機進行編程進而實現(xiàn)各項功能。主程序首先初始化各個模塊，然后調用各個模塊。熱電偶能夠實現(xiàn)將所測溫度數(shù)值由模數(shù)轉換電路為數(shù)字的功能，并將數(shù)字傳送給單片機。單片機設定每隔10s自動進行中斷，實現(xiàn)對所測溫度集中采樣并處理，將采集的溫度與設定溫度對比，根據(jù)不同的比對結果，系統(tǒng)采取不同的調整方案。然而，實時溫度與預設溫度的偏差也有一定的范圍，當偏差值未超過該范圍，即表示溫度在合理范圍之內，系統(tǒng)就會按照預先設定的程序運行，若偏差值過大，超過預定偏差，那么系統(tǒng)會自動中斷，并且采取一定措施修正偏差。

6 結語

基于單片機的溫度控制系統(tǒng)應用廣泛，該系統(tǒng)具有實時、有效和精確檢測溫度的特點，還可以預設溫度并對此進行調節(jié)溫度調控，能夠滿足人們對于溫度越來越高的要求。該系統(tǒng)因低成本、高精度、操作靈活而備受人們的關注，市場前景十分廣闊。

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作者單位

沈陽汽車工業(yè)學院 遼寧省沈陽市 110015