基于單片機的智能溫度控制系統(tǒng)

尹月卿

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類對溫度的控制需求越來越高，實現(xiàn)手段也日益豐富。單片機溫控系統(tǒng)是當(dāng)前溫度控制領(lǐng)域的主流方案。文章圍繞單片機溫度控制系統(tǒng)有關(guān)問題進行探討，簡要介紹了單片機的基本概念和常見溫度控制方案。詳細闡述了如何單片機類型和確定系統(tǒng)框架的方法以及單片機溫控技術(shù)原理，重點討論了單片機溫控系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】單片機；溫度傳感器；檢測與控制

現(xiàn)代社會，無論是出于滿足人們生活質(zhì)量的需要，還是為了滿足生產(chǎn)過程中復(fù)雜工藝方面的需要，人們對于溫度控制的要求越來越高。溫度測量及控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于社會生產(chǎn)、人們生活的許多方面。對監(jiān)測對象溫度進行迅速、可靠、精準的測量，并以此為基礎(chǔ)對其溫度進行相應(yīng)的調(diào)整與控制，成為溫度測量、控制領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)人員孜孜以求的攻關(guān)重點與難點。在實際工作中，單片機常常被用來作為溫度測控制的主要設(shè)備。相對于其他種類設(shè)備，單片機便于使用，操作靈活，具有較好的適應(yīng)性，技術(shù)性能優(yōu)異，能夠滿足溫控設(shè)備較高水平的技術(shù)要求，這些都有利于溫控產(chǎn)品的質(zhì)量和工作效率。基于上述原因，單片機在溫控設(shè)備市場中發(fā)展勢頭良好，前景廣闊。

1國內(nèi)外溫度測控系統(tǒng)的研究

1.1國外溫度測控系統(tǒng)研究

在實際的生產(chǎn)生活中，對溫度的精確控制具有相當(dāng)重要的意義，國外很早就開展對溫度控制技術(shù)的研究，這個研究始于20世紀70年代。國外最先采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息并進行指示、記錄和控制，在80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)，目前正開發(fā)和研制計算機數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)。現(xiàn)在世界各國的溫度測控技術(shù)發(fā)展很快，一些國家在實現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)上正向著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。

1.2國內(nèi)溫度測控系統(tǒng)研究

我國對于溫度測控技術(shù)的研究較晚，始于20世紀80年代。我國工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達國家溫度測控技術(shù)的基礎(chǔ)上，才掌握了溫度室內(nèi)微機控制技術(shù)，該技術(shù)僅限于對溫度的單項環(huán)境因子的控制。我國溫度測控設(shè)施計算機應(yīng)用，在總體上正從消化吸收、簡單應(yīng)用階段向?qū)嵱没⒕C合性應(yīng)用階段過渡和發(fā)展。在技術(shù)上，以單片機控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，尚無真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，與發(fā)達國家相比，存在較大差距。我國溫度測量控制現(xiàn)狀還遠遠沒有達到工廠化的程度，生產(chǎn)實際中仍然有許多問題困擾著我們，存在著裝備配套能力差，產(chǎn)業(yè)化程度低，環(huán)境控制水平落后，軟硬件資源不能共享和可靠性差等缺點。

2單片機基本概念簡介

所謂單片機，指的就是單片微型計算機。該種計算機整合了中央處理器（CPU）、隨機存取存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、輸入輸出（I/O）接口和中斷系統(tǒng)等多個功能單元于一身，具有很強的數(shù)據(jù)分析處理功能，但本身占用的空間卻很小，輔以外加電源和晶振就能夠正常工作，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)多個領(lǐng)域，并發(fā)揮出顯著的作用。單片機的出現(xiàn)，本質(zhì)上是計算機硬件技術(shù)高度發(fā)展的成果之一。當(dāng)計算機的主要元件從晶體管發(fā)展到集成電路，集成電路集成度越來越高，伴隨這一過程，計算機的體積也就越來越小。當(dāng)大規(guī)模集成電路技術(shù)成熟后，單片機也就隨之出現(xiàn)。單片機具有體積小，功能強大、價格低廉的優(yōu)點，環(huán)境適應(yīng)性良好，工作能耗低，技術(shù)指標和經(jīng)濟指標優(yōu)良，是現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域重要的元器件，常用于生產(chǎn)控制環(huán)節(jié)，對于保障產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全，有著極為重要的作用。單片機溫控系統(tǒng)是當(dāng)前各國都在競相研發(fā)的重要設(shè)備，是溫控設(shè)備領(lǐng)域的主要發(fā)展方向。

3基于單片機的溫度控制原理

3.1基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的組成

傳統(tǒng)單片機的溫度控制系統(tǒng)在實際工作中，很容易受到外界環(huán)境的影響，工作很不穩(wěn)定，功能比較單一。多功能溫度控制系統(tǒng)由五部分組成，這五個部分分別是溫度測控電路、按鍵電路、報警電路、顯示器和恒溫控制器，這種多功能的溫度控制系統(tǒng)具有很多的有點，它的能耗比較低，整個裝置的體積比較小，節(jié)省空間，在實際工作中，工作可靠性高，對溫度的控制精度也很高。

3.2基于單片機的溫度控制原理

在生產(chǎn)生活中，要實現(xiàn)對溫度的控制與采集，通常情況下都會用到傳感器。傳感器可以對溫度信息進行采集和記錄，并將信息進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成為豪伏級的電壓信號，微弱的電壓信號經(jīng)過放大就可以被單片機處理，處理之后的數(shù)據(jù)輸入A/O轉(zhuǎn)換器，就可以轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，這個數(shù)字信號又會被輸入到主機中去。基于單片機的溫度控制系統(tǒng)，要想大幅度的提高溫度的測量精度，在進行溫度采樣工作時，就必須要對數(shù)字信號進行數(shù)字濾波操作，這個操作可以將信號的標度逐漸轉(zhuǎn)換出來，并可以借助其他儀器將溫度數(shù)值清楚地顯示出來。

4單片機溫度檢測方法

在實際的生產(chǎn)生活中，溫度測量大多采用集成的半導(dǎo)體模擬溫度傳感器，這種傳感器可以將測量的溫度信息轉(zhuǎn)換成電壓或者電流，而且傳感器輸出的電壓或電流與溫度在一定范圍呈線性關(guān)系。這種測量信息之間的相互轉(zhuǎn)換，可以實現(xiàn)對溫度的更直觀研究，可以實現(xiàn)對采樣信息的放大。

溫度測量可以使用熱電偶進行測量工作，這種測量方法沒有半導(dǎo)體模擬溫度傳感器測量法使用的普遍，在實際應(yīng)用中，熱電偶測量法的測量精度是相當(dāng)高的，但是整個測量過程相對來說復(fù)雜，測量工作持續(xù)的時間比較長，此外，這種測量方法要使用電路，受到外界環(huán)境干擾的程度比較大，穩(wěn)定性較差，容易出現(xiàn)較大的測量誤差。

溫度檢測方法的分類有很多種，按照敏感元件和被測介質(zhì)接觸與否，可以分為接觸式與非接觸式兩大類，每一種溫度檢測方式在一定程度上具有相應(yīng)的檢測范圍。基于物體受熱體積膨脹性質(zhì)的膨脹式溫度檢測儀表以及基于熱電效應(yīng)的熱電偶溫度檢測儀表采用的是接觸式溫度檢測方法，非接觸式溫度檢測方法主要是利用物體的熱輻射特性與溫度之間的對應(yīng)關(guān)系。基于單片機的溫度控制系統(tǒng)，通過在單片機的外部添加各種接口，可以實現(xiàn)對不同物質(zhì)的溫度檢測與顯示，并且可以通過不斷的改進，或者根據(jù)實際情況進行調(diào)整，實現(xiàn)對溫度檢測的報警與提醒記錄，便于工作人員使用。

5單片機的溫度控制系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

5.1硬件電路的開發(fā)與應(yīng)用

基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計，采用單片機為主機，配合兩路傳感變送器和多路開關(guān)，并包含各種轉(zhuǎn)換器，快速實現(xiàn)不同信息之間的轉(zhuǎn)換與顯示，還配有調(diào)節(jié)閥等，可以實現(xiàn)對貯液容器溫度的自動控制。在開發(fā)與研究中，基于單片機控制的溫度系統(tǒng)有很多種，有時間溫度控制系統(tǒng)和數(shù)字溫度系統(tǒng)等。

基于單片機控制的時間溫度控制系統(tǒng)，在進行溫度監(jiān)測時，操作人員通過數(shù)字鍵盤選擇好系統(tǒng)提示需要選擇的對象，這個選擇對象可以是時間或者其他的參數(shù)，然后輸入需要控制的時間，時、分、秒位都要認真輸入，檢查無誤之后按下確認鍵，整個溫度控制系統(tǒng)就會開始倒計時；在計時結(jié)束時，這個電平會驅(qū)動發(fā)光二極管，而在實際的電路中，這個電平要經(jīng)過放大器進行放大然后傳輸?shù)綀?zhí)行模塊，這樣才能最終實現(xiàn)對整個電路的自動控制觸發(fā)，使后續(xù)電路動作。整個倒計時過程會在液晶顯示屏上顯示出來，便于人們的直觀理解。最簡單的控制模塊可采用雙向可控硅來實現(xiàn)，輸出的高電平經(jīng)三極管放大后送至可控硅的控制極，而可控硅的其他兩極分別與被控器件、電源相接即可。

5.2軟件開發(fā)與應(yīng)用

在整個溫度控制系統(tǒng)中，采樣得到的溫度信息要經(jīng)過多次轉(zhuǎn)換，還要經(jīng)過相關(guān)電路的放大作用使得數(shù)據(jù)進入單片機的處理范圍之內(nèi)，經(jīng)過一系列作用的數(shù)據(jù)最終會被輸入到單片機之中進行處理與顯示，顯示的結(jié)果可以根據(jù)人們的實際需要進行調(diào)整，溫度信息可以借助于一定的數(shù)學(xué)表達式、圖標、函數(shù)等進行顯示，便于人們對數(shù)據(jù)的直觀認識。

6結(jié)語

在現(xiàn)代社會的高速發(fā)展下，當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域?qū)τ谧陨淼纳a(chǎn)質(zhì)量要求更加嚴格，其中對于溫度控制是首當(dāng)其沖的重點。就目前工業(yè)的溫度控制作業(yè)而言，最常用的方式是單片機與傳感器搭配的溫度控制系統(tǒng)，而目前工業(yè)對于單片機溫度控制系統(tǒng)的使用還存在一定的缺陷，因此需要通過一定的認知，對不足之處進行延伸性研究。

參考文獻：

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[2]劉百芬，呂濤.基于PIC單片機的溫度控制器[J].半導(dǎo)體技術(shù)，2008，33（9）：833-835.

（作者單位：山東圣翰財貿(mào)職業(yè)學(xué)院）