基于單片機(jī)控制的智能溫控儀

馬晨雨 張千禧

【摘? 要】在工業(yè)生產(chǎn)過程中，溫度屬于最主要的被控參數(shù)之一。近年來，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的進(jìn)步與發(fā)展過程中，人們對加熱爐以及反應(yīng)爐等相關(guān)設(shè)備的溫度開展了全面的檢測及控制，主要目的是對生產(chǎn)過程進(jìn)行更好的把控，實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)質(zhì)量以及生產(chǎn)穩(wěn)定性的效果。在溫控實(shí)施過程中，通過單片機(jī)進(jìn)行溫控，不僅操作更加方便，還具有非常好的靈活性，能夠大幅度提高當(dāng)前溫控相關(guān)工作技術(shù)指標(biāo)的準(zhǔn)確性。因此，論文就基于單片機(jī)的智能溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行論述，解決實(shí)際生產(chǎn)過程中遇到的控制問題。

【Abstract】In the process of industrial production， temperature is one of the most important controlled parameters. In recent years， in the process of progress and development in the field of industrial production， people have carried out a comprehensive detection and control of the temperature of heating furnace， reaction furnace and other related equipment， the main purpose is to better control the production process， and achieve the effect of improving production quality and production stability. In the implementation process of temperature control， the temperature control through the single chip microcomputer is not only more convenient for operation， but also has very good flexibility， which can greatly improve the accuracy of technical indicators of current temperature control related work. Therefore， the paper discusses the design of intelligent temperature control system based on single chip microcomputer to solve the control problems encountered in the actual production process.

【關(guān)鍵詞】單片機(jī);智能溫度控制;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【Keywords】single chip microcomputer; intelligent temperature control; system design

【中圖分類號(hào)】TP216;TP368.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2021）05-0183-02

1 引言

在生產(chǎn)作業(yè)過程中，溫度控制一直是一項(xiàng)非常重要的工作，因?yàn)樵跍囟瓤刂频倪^程中產(chǎn)品的生產(chǎn)會(huì)受到非常大的影響，溫度過高或者是過低都可能會(huì)對產(chǎn)品質(zhì)量造成影響。加強(qiáng)溫度控制是非常必要的，本文基于單片機(jī)設(shè)計(jì)了智能溫度控制系統(tǒng)，使溫度控制精度以及靈敏度更高，大幅度提高產(chǎn)品的質(zhì)量以及產(chǎn)量。

2 溫度控制儀器的發(fā)展

2.1 分立式溫度傳感器

在傳統(tǒng)的溫度傳感器當(dāng)中，熱電偶、熱電阻和熱敏電阻等都屬于溫度傳感器，而且本身隸屬于分立式溫度傳感器。因?yàn)閷τ趥鞲衅鞅旧韥碇v，其屬于一個(gè)獨(dú)立的而且完整的溫度感應(yīng)單元，所以這些傳感器大多數(shù)都需要搭配溫度變送器進(jìn)行使用，從而才能夠在開展溫度控制過程中獲得更加標(biāo)準(zhǔn)的模擬量輸出信號(hào)。

2.2 模擬集成溫度傳感器

集成傳感器本身是利用硅半導(dǎo)體集成工藝所研制的，所以集成傳感器就可以稱為硅傳感器或者是單片集成傳感器。在應(yīng)用模擬集成溫度傳感器的過程中，可以實(shí)現(xiàn)對溫度的測量和模擬信號(hào)的輸出功能，本身屬于一種集成溫度傳感器結(jié)構(gòu)，相對來講比較簡單，在實(shí)際工作過程中適合在一些遠(yuǎn)距離溫度測量以及溫度控制工作環(huán)境當(dāng)中進(jìn)行使用。

2.3 智能溫度傳感器

智能溫度傳感器也可以稱為數(shù)字溫度傳感器，是20世紀(jì)90年代初期出現(xiàn)且被沿用至今的一種傳感器。智能溫度傳感器本身是通過微電子技術(shù)以及計(jì)算機(jī)等技術(shù)形成的一種自動(dòng)測試技術(shù)的結(jié)晶，可以對溫度控制工作發(fā)揮最好的效果，當(dāng)前大多數(shù)的集成電路生產(chǎn)廠商都主要研發(fā)智能溫度傳感器，其他傳統(tǒng)的傳感器已經(jīng)漸漸被取代。

3 智能溫度控制系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

3.1 智能溫度控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

在此次設(shè)計(jì)智能溫控系統(tǒng)的過程中，采用MSP430型號(hào)單片機(jī)以及鎖存器和其他的電容，以及發(fā)光二極管和數(shù)碼管一些按鍵和晶振作為主要的系統(tǒng)硬件組成成分。

3.2 智能溫度控制系統(tǒng)的軟件構(gòu)成

在此次設(shè)計(jì)過程中，原計(jì)劃使用匯編語言完成系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)后，經(jīng)過研究之后，決定采用C語言進(jìn)行程序的編寫，整個(gè)溫控系統(tǒng)的軟件，包括溫度數(shù)據(jù)采集以及處理和案件處理等多種功能。在系統(tǒng)軟件組成當(dāng)中，單片機(jī)所需要完成的功能是針對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析以及計(jì)算和顯示，等等。溫度的采樣以及轉(zhuǎn)換工作則是交由鎖存器來完成。

3.3 智能溫度控制系統(tǒng)的工作原理

在智能溫控系統(tǒng)工作的過程中，溫度傳感器鎖存器針對溫度開展采樣以及轉(zhuǎn)換工作，并將采樣以及轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)結(jié)果輸送給單片機(jī)。然后由單片機(jī)將輸入進(jìn)來的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使溫度值和設(shè)定的溫度值上下限之間進(jìn)行比較，最終根據(jù)比較的結(jié)果，采取相應(yīng)的處理程序，如果溫度超過了上限值那么需要報(bào)警，便于開展處理工作，控制流程如圖1所示。

4 智能溫度控制系統(tǒng)可靠性及精度

對于溫度控制系統(tǒng)來講，如果采用傳統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器，那么轉(zhuǎn)換技術(shù)是積分式或者是逐次比較式的，這種形式的轉(zhuǎn)換技術(shù)本身噪聲容限比較低，抑制混疊噪聲和量化噪聲的工作能力比較差。而在此次設(shè)計(jì)過程中智能溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，所采用的轉(zhuǎn)換器是基于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換器所進(jìn)行創(chuàng)新的轉(zhuǎn)換器，能夠在實(shí)際工作過程中實(shí)現(xiàn)更高的采樣效率和很低的采樣分辨率，使模擬信號(hào)快速變成設(shè)計(jì)信號(hào)，然后基于采樣以及噪聲整形和數(shù)字濾波等相關(guān)技術(shù)，使分析以及分辨能力得到全面提升。改進(jìn)后的轉(zhuǎn)換器不僅可以對量化噪聲進(jìn)行過濾以及消除，同時(shí)，還能夠使外圍元件的精度要求變得更低。而且因?yàn)樵跍囟瓤刂葡到y(tǒng)當(dāng)中所選擇的反饋方式是數(shù)字化反饋方式，所以比較器的失調(diào)電壓和零點(diǎn)漂移，對于溫度控制的轉(zhuǎn)換精度都不會(huì)造成影響。所以智能溫度控制系統(tǒng)既能夠抑制串模干擾，同時(shí)，又能夠提高控制系統(tǒng)的分辨能力，而且在建設(shè)該系統(tǒng)的過程中，所投入的成本也會(huì)更低，對于當(dāng)前大多數(shù)的生產(chǎn)企業(yè)來講，采用基于單片機(jī)的智能溫度控制系統(tǒng)是非常有利的。

除此之外，在轉(zhuǎn)換的過程中，智能溫度控制系統(tǒng)將轉(zhuǎn)換精度控制在R1以及R0配置為1，所以轉(zhuǎn)換的精度達(dá)到了0.0625℃，在實(shí)際測量過程中測量兩次，并將兩次測量值求平均值，經(jīng)過四舍五入之后就可以得到最高精度的測量值。

5 智能溫度控制系統(tǒng)特點(diǎn)

首先，使用MSP430型號(hào)單片機(jī)作為該智能溫度控制系統(tǒng)的核心單元，在進(jìn)行實(shí)際開發(fā)過程中可以節(jié)省大量的精力，而且因?yàn)樵搯纹瑱C(jī)與智能溫度控制系統(tǒng)之間的匹配程度比較高，所以發(fā)揮的功能更加強(qiáng)大，在實(shí)際操作過程中更加便捷，而且靈活性也非常高。主要是因?yàn)樵撔吞?hào)的單片機(jī)相比較于專用DSP芯片成本要更低，能夠極大程度上降低智能溫度控制系統(tǒng)的造價(jià)。

其次，使用DS18B20作為傳感器，在開展溫度控制工作過程中，測溫的范圍是-55～+125℃，測量溫度的精度達(dá)到了0.0625℃。同時(shí)，使用這種傳感器可以使串行放大器以及A/D轉(zhuǎn)換器被省去，所以這種測溫工作方式極大程度上提高了智能溫度控制系統(tǒng)整體的可靠性，而且降低了系統(tǒng)的體積。

再次，該智能溫度控制系統(tǒng)當(dāng)中的顯示電路設(shè)計(jì)所使用的是LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示，該結(jié)構(gòu)本身在應(yīng)用的過程中結(jié)構(gòu)是比較簡單的，而且對于單片機(jī)來講，在使用單片機(jī)的過程中，CPU方面的開銷會(huì)變得很少，能夠在實(shí)際工作過程中大幅度降低因顯示器所產(chǎn)生的功耗。

最后，該智能溫度控制系統(tǒng)時(shí)隔2h發(fā)送一次0.5s的脈沖，在溫度控制的過程中溫度會(huì)隨著時(shí)間下降，所以需要每隔2h將電機(jī)重啟一次，實(shí)現(xiàn)對溫度的自動(dòng)修正。

對于現(xiàn)如今的智能溫度控制系統(tǒng)來講，在極大程度上提高了測量溫度的精度以及測量溫度的分辨力，同時(shí)，還提高了智能溫度控制系統(tǒng)的測試功能。

在今后的發(fā)展過程中，隨著智能化技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，智能溫度控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)與應(yīng)用的過程中也將向更加智能化以及自動(dòng)化的方向發(fā)展。所以在搭建基于單片機(jī)的智能溫度控制系統(tǒng)過程中，需要就該控制系統(tǒng)本身的智能化水平進(jìn)行全面提升，對當(dāng)前智能溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域當(dāng)中的新技術(shù)、新理念和新材料等進(jìn)行全面應(yīng)用，極大程度上提高以單片機(jī)為核心的智能溫度控制系統(tǒng)工作效率以及智能化水平，在實(shí)際工作過程中減少人為操作的工作環(huán)節(jié)，避免因人為操作而導(dǎo)致的工作失誤。

6 結(jié)語

綜上所述，本文以MSP430型號(hào)單片機(jī)為核心，對智能溫度控制系統(tǒng)的構(gòu)建以及工作理論等進(jìn)行了簡要介紹，主要目的是基于當(dāng)前的單片機(jī)水平，對智能溫度控制系統(tǒng)構(gòu)建進(jìn)行探討，在系統(tǒng)不斷優(yōu)化與設(shè)計(jì)的過程中，提高智能溫度控制系統(tǒng)的工作效率以及工作精度，使生產(chǎn)作業(yè)過程中的溫度控制工作能夠更好地提升效率，從而提高生產(chǎn)作業(yè)過程中產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量以及生產(chǎn)數(shù)量，為生產(chǎn)作業(yè)保駕護(hù)航。在今后的技術(shù)進(jìn)步與時(shí)代發(fā)展過程中，以單片機(jī)為核心的智能溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及構(gòu)建還需要不斷進(jìn)行完善。

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