基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

邵惠東

近年來(lái)，隨著科技的進(jìn)步和生活水平的提高，人們?cè)谏a(chǎn)和生活中對(duì)于溫度控制的需求也越來(lái)越高。為了滿足人們對(duì)于溫度控制的需求，經(jīng)過多年的探索和試驗(yàn)，兼具穩(wěn)定性和可靠性的溫度控制系統(tǒng)是目前運(yùn)用最廣泛的溫度控制手段，其能確保生產(chǎn)產(chǎn)品所需要的溫度，確保生產(chǎn)有秩序的進(jìn)行。單片機(jī)作為溫度控制系統(tǒng)的核心，能夠通過實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的溫度控制而提高系統(tǒng)性能。本文圍繞單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的有關(guān)問題進(jìn)行了探討，對(duì)單片機(jī)的基本概念和常見溫度控制方法做了簡(jiǎn)單的介紹，重點(diǎn)討論了單片機(jī)溫控技術(shù)原理及其開發(fā)與應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 溫度傳感器 溫度控制系統(tǒng) 檢測(cè)與控制

在實(shí)際的生產(chǎn)和生活中，隨著人們對(duì)生活品質(zhì)的要求越來(lái)越高，溫度控制系統(tǒng)需要解決重多關(guān)鍵問題，如如何實(shí)時(shí)采樣、數(shù)據(jù)的及時(shí)快速傳輸以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有效的溫度控制等。單片機(jī)具有方便靈活、高性能的特點(diǎn)，能提高溫控的技術(shù)指標(biāo)、提高生產(chǎn)效率。因此，單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域前景廣闊。

1 單片機(jī)及背景簡(jiǎn)介

單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱，其主要由CPU、RAM、ROM、I/O接口和中斷系統(tǒng)等多個(gè)部件組成，具有體積小、功能大、性價(jià)比高的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信息的處理。單片機(jī)具有節(jié)約能源、改善條件、提高指標(biāo)的特點(diǎn)，因而越來(lái)越受到人們的關(guān)注，在現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用尤為廣泛。

2 幾種實(shí)現(xiàn)溫控的方法

在溫度傳輸數(shù)據(jù)的過程當(dāng)中，存在很多因素會(huì)影響溫度數(shù)據(jù)的保存，甚至影響溫度數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性，因此，采取有效的相關(guān)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(guān)研究和溫度控制情況來(lái)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(nèi)核的FPGA/CPLD溫控方式以及單片機(jī)與高精度溫度傳感器相結(jié)合的方式。

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

FPGA/CPLD或采用IP內(nèi)核的FPGA/CPLD溫控方式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為緊湊，具有簡(jiǎn)單、易操作的特點(diǎn)，其主要缺點(diǎn)為調(diào)試過程復(fù)雜、應(yīng)用成本偏低，相比較而言性價(jià)比較低。

單片機(jī)與高精度溫度傳感器相結(jié)合的方法指的是通過在單片機(jī)上建立人機(jī)界面的方式，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，還可以通過溫度傳感器對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。此種方法在實(shí)際中應(yīng)用廣泛，解決了前兩種方法的不足，既能保證設(shè)備的運(yùn)行速度又能保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_度，性價(jià)比較高，因此，該方法在實(shí)際應(yīng)用中被廣泛應(yīng)用。

3 單片機(jī)的型號(hào)選擇與系統(tǒng)框架

3.1 單片機(jī)型號(hào)的選擇

在整個(gè)溫控系統(tǒng)中，單片機(jī)的型號(hào)至關(guān)重要，要求所選擇的單片機(jī)具有高性價(jià)比、高內(nèi)存、運(yùn)行速度快等特點(diǎn)。經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)認(rèn)證，由ATMEL生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)擁有4k字節(jié)可編程閃速程序存儲(chǔ)器，鎖定三級(jí)程序存儲(chǔ)器，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器大，共有128×8位，具備上述所要求的條件，是構(gòu)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(diǎn)討論采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，采用此傳感器對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)現(xiàn)雙向通信；支持多點(diǎn)組網(wǎng)測(cè)溫功能，多個(gè)DS18B20可并聯(lián)在唯一的三線上進(jìn)行溫度的測(cè)量；可以測(cè)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(cè)溫精度較高。

3.3 系統(tǒng)框架的構(gòu)建

本系統(tǒng)主要包含了數(shù)據(jù)采集、電路驅(qū)動(dòng)、溫度設(shè)置、顯示以及單片控制等多個(gè)模塊。本系統(tǒng)的工作流程如下：由數(shù)據(jù)模塊實(shí)時(shí)采集溫度數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)傳送給單機(jī)片，數(shù)據(jù)信息經(jīng)單機(jī)片處理后再傳送至顯示模塊，將信息顯示出來(lái)。設(shè)置模塊的主要作用是提前預(yù)定溫度，即為預(yù)定溫度，在監(jiān)測(cè)過程中，當(dāng)檢測(cè)到系統(tǒng)溫度低于預(yù)定溫度時(shí)，單機(jī)片立即自動(dòng)控制電路，運(yùn)行加熱程序，加熱電路，同時(shí)會(huì)有警報(bào)聲提醒溫度出現(xiàn)異常；當(dāng)檢測(cè)到的溫度達(dá)到預(yù)定的溫度時(shí)便會(huì)停止加熱，系統(tǒng)開始正常運(yùn)行。

4 基于單片機(jī)的溫度控制原理

溫度傳感器在單片機(jī)溫控系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，是溫度測(cè)量值的主要載體?；趩纹瑱C(jī)溫度控制原理如下：在測(cè)量實(shí)時(shí)溫度后，傳感器將接收到的電壓信號(hào)逐漸放大并傳輸給單片機(jī)，使單片機(jī)在其可控范圍內(nèi)進(jìn)行自我處理。在經(jīng)單片機(jī)處理之后，A/D轉(zhuǎn)換器將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再通過相應(yīng)的處理軟件，將數(shù)字信號(hào)傳送給主機(jī)，通過主機(jī)顯示出來(lái)。對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)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(hào)會(huì)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的標(biāo)度，在屏幕上就會(huì)顯示實(shí)時(shí)的溫度指數(shù)。還可以根據(jù)實(shí)際情況預(yù)先設(shè)定溫度，將實(shí)時(shí)溫度與預(yù)設(shè)溫度對(duì)比，計(jì)算兩者差值，根據(jù)差值的大小對(duì)環(huán)境采取不同的調(diào)節(jié)措施。

5 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)主要是采用C語(yǔ)言對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。主程序首先初始化各個(gè)模塊，然后調(diào)用各個(gè)模塊。熱電偶能夠?qū)崿F(xiàn)將所測(cè)溫度數(shù)值由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路為數(shù)字的功能，并將數(shù)字傳送給單片機(jī)。單片機(jī)設(shè)定每隔10s自動(dòng)進(jìn)行中斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)所測(cè)溫度集中采樣并處理，將采集的溫度與設(shè)定溫度對(duì)比，根據(jù)不同的比對(duì)結(jié)果，系統(tǒng)采取不同的調(diào)整方案。然而，實(shí)時(shí)溫度與預(yù)設(shè)溫度的偏差也有一定的范圍，當(dāng)偏差值未超過該范圍，即表示溫度在合理范圍之內(nèi)，系統(tǒng)就會(huì)按照預(yù)先設(shè)定的程序運(yùn)行，若偏差值過大，超過預(yù)定偏差，那么系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)中斷，并且采取一定措施修正偏差。

6 結(jié)語(yǔ)

基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)、有效和精確檢測(cè)溫度的特點(diǎn)，還可以預(yù)設(shè)溫度并對(duì)此進(jìn)行調(diào)節(jié)溫度調(diào)控，能夠滿足人們對(duì)于溫度越來(lái)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(guān)注，市場(chǎng)前景十分廣闊。

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作者單位

沈陽(yáng)汽車工業(yè)學(xué)院 遼寧省沈陽(yáng)市 110015