基于單片機的溫度控制系統(tǒng)

陳彥霖

摘要 本文將在研究單片機工作原理以及達成溫度控制的方法兩方面的基礎上，對基于單片機的溫度控制系統(tǒng)開展相關的設計研究。

【關鍵詞】單片機 溫度控制系統(tǒng) 研究

隨著技術(shù)水平的進步以及科研人員的不斷探索，單片機技術(shù)不斷提高著自身的電壓、功效、可靠性等方面的性能。隨著基于單片機的溫度控制系統(tǒng)在實際生活中應用范圍的不斷擴大，對其進行相應的研究成為比較有意義的一個研究方向。

1 單片機原理

在日常生活中我們所接觸的單片機，就是簡易的單片微型計算機。單片機的組成部分包括負責進行運算的系統(tǒng)、進行控制以及協(xié)調(diào)的控制系統(tǒng)、存儲相關數(shù)據(jù)信息的寄存系統(tǒng)等三個方面。其中，進行相關運算的系統(tǒng)組織包括算數(shù)邏輯單元、累加器以及寄存器。運算系統(tǒng)的運行程序為：第一步，累加器以及寄存器在運行的過程中將兩個8位源數(shù)據(jù)輸入至ALU;第二步，ALU將接收到源數(shù)據(jù)進行相應的邏輯方面的運算;第三步，將上一步的運算存放至寄存器中。控制系統(tǒng)在整個單片機的運行過程中起著至關重要的作用，它不僅是簡單的下達命令，同時也肩負著協(xié)調(diào)系統(tǒng)其他部分運作的職能，控制器的組成部分包括程序計數(shù)器、指令寄存器以及譯碼器、時序發(fā)生器以及操作控制器等。寄存系統(tǒng)在單片機中也是不可或缺的一部分，它主要由累加器，指令譯碼器以及數(shù)據(jù)、指令、地址寄存器，程序計數(shù)器等組成。在單片機進行運行的過程中，首先控制器發(fā)布各項操作指令到各部分，其次接到相應命令的運算器根據(jù)情況進行相關的計算，最后運算出來的結(jié)果存放到寄存器中。在整個的運行過程中，三個系統(tǒng)之間是相互連接的。

2 實現(xiàn)溫度控制的方法

實現(xiàn)溫度控制的方法有很多，本文將根據(jù)研究的方向主要介紹純硬件的環(huán)控制系統(tǒng)、FPGA倫PLD或帶有IP內(nèi)核的FPGA/CPLD方式、高精度溫度傳感器結(jié)合單片機三種方式。使用第一種方式進行溫度控制有自身的優(yōu)勢，但同時也存在著一定的弊端，優(yōu)勢主要表現(xiàn)在這種方式進行溫度控制的速度較快，但是在控制的過程中也存在不小的弊端，比如在溫度控制方面不僅具有線路復雜、靈活度小、調(diào)試以及安裝麻煩的缺點，而且在溫度調(diào)控的過程中精確度相對較差可靠性也達不到要求;第二種溫度控制方式優(yōu)勢在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，能夠更好實現(xiàn)復雜的測量以及控制，并且操作過程中比較簡便，但是也存在著調(diào)試過程復雜并且高成本的弊端;第三種單片機與高精度溫度傳感器結(jié)合的方式則較好解決了上述兩種溫度控制方法所存在的弊端，其使用單片機完成人機界面、系統(tǒng)控制、信號分析處理，由前端溫度傳感器完成信號的采集以及轉(zhuǎn)換。

3 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設計

3.1 硬件設計

基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設計的硬件設計中，主結(jié)構(gòu)設計由主控制系統(tǒng)、溫度采集、顯示、動態(tài)控制、報警、按鍵控制幾大板塊組成。單片機在溫度控制系統(tǒng)中的重要作用是不言而喻的，它的功能包括對收集到的溫度數(shù)據(jù)信息進行一系列的處理、識別掃描按鍵、協(xié)調(diào)系統(tǒng)輸出顯示任務以及報警等，因此在設計過程中筆者采用了AT89C52單片機，在其自身與其他模塊連接時，作為鍵盤輸入端口的P1.O—P1.4可以通過相應的按鍵設定目標溫度的上下限，單片機的P1.7口由數(shù)字傳感器的總線進行連接，然后經(jīng)過相關的處理將得到的溫度數(shù)據(jù)信息輸出到PO口，最后由LCD1602進行顯示，溫度動態(tài)控制信號由單片機P2.4-P2.6口傳輸。硬件設計過程中，對于溫度采集模塊采用美國一家公司生產(chǎn)出的DS18820數(shù)字溫度傳感器，該傳感器在使用的過程中具有低成本、結(jié)構(gòu)簡單、供電方式多樣、可靠性高以及方便擴展等優(yōu)勢，該傳感器可以通過把多片在同一時間掛在一條總線上完成多點溫度的采集。溫度動態(tài)控制系統(tǒng)在運行期間，加熱管的啟動以及停止是通過單片機P2.4口輸出高低電平實現(xiàn)的。

3.2 軟件設計

在基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的軟件設計過程中，筆者主要運用的編程為C語言。在此過程中能夠通過反復測試的方式對溫度進行相應的反應和操作。隨后熱電偶測量的溫度值將慢慢的從模數(shù)轉(zhuǎn)換電路為數(shù)字，再經(jīng)過Pll：3將其傳送到單片機內(nèi)部，接下來控制系統(tǒng)通過對產(chǎn)生的溫度數(shù)據(jù)進行集中采樣，然后系統(tǒng)將通過對比分析進行自動調(diào)節(jié)。假如實際測量出來的溫度與系統(tǒng)自身設定的溫度存在著一定的差距時，系統(tǒng)則會通過自動執(zhí)行截斷功能或其他的方式來對出現(xiàn)的溫度偏差進行相應的調(diào)整;如果實際測量的溫度與系統(tǒng)自身設定的目標溫度差距在合理的范圍之內(nèi)，系統(tǒng)就會實現(xiàn)自動恢復。

3.3 溫度檢測的開發(fā)

在對溫度進行檢測時，質(zhì)量好、價格低、精確度高、結(jié)構(gòu)簡單、反應速度快的熱電偶傳感器是應用范圍較為廣泛的一種傳感器，但是這種傳感器也存在著輸出的電壓信號相對較為微弱的局限性，所以在進行AID轉(zhuǎn)換的過程中，我們第一步就需要對信號進行調(diào)節(jié)處理，在此我們可以采用熱電偶調(diào)理模板來完成這一任務。在熱電偶傳感器正常工作期間，如果出現(xiàn)其溫度不在0℃時，則需要采用冷端補償?shù)姆椒ㄩ_展糾正工作，以此來保證溫度的恒定性。

4 結(jié)語

在現(xiàn)階段市場中，基于單片機的溫度控制系統(tǒng)具有較好的市場發(fā)展以及應用前景。該系統(tǒng)自身所具有的低成本、高可靠性、高強度、高靈活性、強擴展性的優(yōu)勢使其在工業(yè)生產(chǎn)中具有較高的應用價值，相信隨著此項研究工作更加深入的發(fā)展，會為我們的生產(chǎn)生活提供更大的便利。

參考文獻

[1]金波，周渝曦，寧德勝等，基于單片基的網(wǎng)絡型智能多點溫度控制器[J].機電工程，2006，23 （01）：12 -15.

[2]夏曉南.基于單片機的溫箱溫度和濕度的控制[J]，現(xiàn)代電子技術(shù)，2005 （24）：117-118.

[3]王忠全.基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的研究[J].科技信息，2010 （33）：116-118.

[4]呂俊亞，一種基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].計算機仿真，2012 （07）： 230-233.

[5]張珊珊.基于單片機溫度采集控制系統(tǒng)設計[J].信息通信，2012 （06）： 69-70.