淺析單片機溫度控制系統的研究

李耀貴　吳康福

【摘 要】當今社會發展十分迅速，人們的需求也日益多樣化。單片機不僅廣泛地應用于人們日常的生活中，還大量應用在工業、醫學和軍事等領域。在現實生活中，人們對溫度的控制和測量需求越來越大，追求更加準確的溫度數據，以保證產品更加高效。所以，我們在應用溫度控制系統時，要保證采樣速度和溫度數據的準確度，從而保證測量的數據有效且時效性高，使相關數據可以進行高效傳輸且溫度可以進行精確的控制。文章主要以89C51單片機為例，對其溫度控制系統進行研究，以期促進單片機未來的應用與發展。

【關鍵詞】單片機;溫度控制系統;原理;應用

【中圖分類號】TP273.5 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）04-0070-02

隨著我國科學技術的大力發展與創新，以及互聯網時代的到來，單片機的應用領域越來越廣泛，它不僅可以應用到我們的日常生活中，還可以應用到工業、醫學、軍事等領域。在企業的生產中，單片機發揮了巨大的作用。根據相關研究表明，通過控制單片機的溫度不僅可以保證產品的性能，還可以增強產品操作的靈活性，提高生產效率。可見，引入單片機溫度控制系統是必要且效益巨大的。

1 單片機的選型與系統框架結構

1.1 單片機的選型

在溫度控制系統中，硬件的選型與匹配十分重要。為了能夠使溫度控制系統更加精確與高效，我們選擇89C51單片機。目前，這款型號的單片機的應用十分廣泛，主要具有以下優點：①繼承了89C51的一系列優點，例如容量大、價格低及性價比高。②除了具有89C51的特點外，它還具有ISP在線編程的功能，能夠方便人們根據產品需求隨時編寫和改正程序。③89C51具有更高的極限工作頻率，為33 MHz，在此范圍內可以正常工作。④具有雙工UART串行通道，使數據通用性更高。⑤89C51內部集成看門狗計時器，因此不需要單獨的計時單元與之相連。⑥具有雙數據指示器，使工作更加方便、高效。⑦具有全新的加密算法，大大加強了程序的保密性，可以更有效地保護企業的知識產權。

1.2 傳感器的選型

傳感器的選擇也是企業進行產品設計時需要重點考慮的問題。傳感器的各個引腳與單片機I/O接口的相連問題是關系到溫度控制系統能否正常運行的關鍵。我們選擇DS18B20溫度傳感器，它是一種比較常用的傳感器，采用獨特的單線接口方式，體積小、價格便宜、抗干擾能力強、測溫范圍廣且傳輸的效率十分高，適合遠距離操作。該傳感器可適用于冷庫、電力機房、空調、冰箱等測溫和控制領域，在人們的日常生活、工業及軍事領域有很大的貢獻。

1.3 溫度控制系統的框架

在設計產品的過程中，少不了各種模塊的配合與使用，而基于89C51單片機的溫度控制系統更少不了系統集成模塊技術，主要包括數據采集模塊、單片機控制模塊、顯示模塊、溫度設置模塊和驅動電路模塊。該系統工作流程如下：首先，數據采集模塊將當前想要測量的產品或者空間的溫度進行實時的采集與記錄，保證數據具有較高的時效性。將采集到的溫度數據輸入單片機控制模塊中，此模塊對其進行加工與處理，經過處理后的溫度數據通過溫度控制系統中的顯示模塊顯示在屏幕中，方便操作人員監測。其次，溫度設置模塊將溫度提前設定為一個恰當的值，當被采集的溫度數值不在所設定范圍時，可以通過單片機控制模塊自動調節控制溫度。當檢測到的溫度低于或高于設定的溫度時，單片機會改變驅動電路進行加熱或者停止加熱，并且會發出報警聲或者點亮報警燈，提醒工作人員當前系統溫度出現不合理的情況。

2 單片機溫度控制系統的設計原理

首先，傳感器要對所測量的產品或空間溫度進行捕獲和采集，將此信號轉換為電壓信號，再將此信號通過一個電壓放大器放大，單片機可以實時檢測和控制數據，然后轉化為計算機可識別的數字信號，將其通過相應的Keil軟件和相關程序轉入CPU中。其次，比較當前測量數據與之前測量數據，按照一定的計算方法計算出二者存在的偏差，經過一系列的調節與優化，將溫度控制在最佳參數范圍內，以實現產品的最好效果。此外，單片機溫度控制系統還可以對所處周圍環境進行實時準確的測量及控制，以解決人們在生產過程遇到的各種難題，如生產溫度難以知曉和控制。

3 單片機的溫度控制方法

3.1 純硬件的閉環控制系統

采用純硬件的閉環控制系統的優點是可以提高傳輸數據的速度，但是隨著數據傳輸速度的加快，其可靠性和準確性會有所下降。此外，由于客觀上存在的安裝問題及線路連接的復雜性，在操作、調試方面會增加很多困難，因此這種溫度控制方法在實際應用中具一定的局限性。

3.2 利用FPGA/CPLD及有IP內核的FPGA/CP-

LD方式

采用FPGA/CPLD的方法能夠對需要的溫度數據進行實時采集，并且可以將其儲存和顯示。利用有IP內核的FPGA/CPLD方式可以使系統的結構分配更為合理，從而進一步實現復雜信息的測量與控制，并且操作過程比較簡單。但是，此系統的調試比較困難，并且性價比不高，因此在實際的溫度控制系統中的利用率也不高。

3.3 單片機與高精度溫度傳感器結合使用

這種兩者相結合的方式從某種程度上既克服了調試和操作困難的問題，又解決了價格昂貴、性價比不高的問題。這種方法是采用單片機完成人機界面、溫度系統控制、信號的分析和處理、采集到的溫度數據的轉換。目前，人們通常將高精度傳感器直接嵌入控制系統中，能直接且有效地完成對信號的采集、存儲與轉換。如今，大多數企業都采用這種方式提高溫度控制系統的穩定性與靈活性。

3.4 背光測試

這種方法主要是利用光敏電阻實現電壓的變化，光敏電阻是利用半導體的光電效應，即其阻值會隨著不同的光照強度發生不同的變化，若光照強度變強，其阻值變小，反之，光照強度變弱，其阻值變大，而阻值的大小會影響電壓的大小。由于上述原理，可以將模擬電壓傳送到MCU的ADC轉換器上，測出此時光照強度，通過對此光照強度數據的分析和處理來設置LED點陣屏幕的亮暗程度。

4 單片機溫度控制系統的開發和應用

4.1 硬件電路的開發與應用

通常，我們會將單片機作為硬件電路的主機，還會配上兩路傳感變送器和多路獨立的控制開關，再配合D/A轉換器、V/I轉換器和調節閥等硬件設備，滿足基本的硬件需求，可以實現對產品或者空間溫度的有效控制，達到生產過程中對環境或者產品自身溫度控制的需求。除了主要的硬件設備外，人們還可以根據自己的需要增加一些輔助的硬件設備，例如鍵盤、報警器、顯示屏等，可及時提醒人們當前產品或環境的溫度情況，從而讓人們能夠及時進行調整，實現環境或產品溫度的最佳狀態，有利于提高生產效率。

4.2 軟件系統的開發與應用

我們所運用的單片機的編程環境主要是在Keil軟件下，用C語言編寫溫度控制系統。我們需要對主模塊進行初始化，然后將需要測量的溫度進行顯示、分析和處理、存儲等操作。其中，主程序是當測定的溫度不在初始設定的溫度范圍內時，要及時將其顯示并進行自動調節，同時對與其相關的子程序進行相應的支配。

4.3 溫度檢測的開發與應用

通常，我們首選熱電偶傳感器作為溫度檢測開發與應用的工具，因為它不僅價格比較低，構造比較簡單，使人易于理解和操作，而且檢測溫度的范圍也比較廣，同時精確度高，靈敏度也相當好。但它也有一定的局限性，此傳感器識別的電壓信號比較微弱，當遇到高電壓信號時，其準確度會降低。所以，通常我們會將其輸出的微弱電壓進行放大后安裝到轉換器上，完成溫度數據的傳送，這種方法是目前較為簡便且常用的方法。

5 結語

基于單片機的溫度控制系統不僅可及時、精確地反映當時生產環境及生產產品當前的溫度，還可以根據人們提前設定好的溫度范圍對其進行自動控制和調節，并且可以報警提醒操作人員，使其做出相應的程序調整或者硬件調節，以保證整個溫度控制系統能夠發揮最大的作用。同時，我們選擇單片機是因為其性價比極高，對于當前的生產與生活都有極大的益處。所以，我們一定要好好學習單片機溫度控制系統的運行原理，將理論知識較好地應用到日常的生活中，激發靈感，開發出更好的產品，最大限地發揮出它的應用價值，為人類社會帶來更大的便利。

參 考 文 獻

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[責任編輯：鐘聲賢]