基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的研究

趙靜

（青海師范大學(xué)物理與電子信息工程學(xué)院 青海西寧 810000）

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平得到顯著提高，同時(shí)也對(duì)溫度控制有了更高的要求。現(xiàn)今生活中，溫度的測(cè)量與控制技術(shù)越來(lái)越受到各界的重視。溫度測(cè)量的有效性與準(zhǔn)確性是保證溫度廠達(dá)到有效控制的關(guān)鍵要素。本文對(duì)單片機(jī)的類型與結(jié)構(gòu)、進(jìn)行詳細(xì)分析，并對(duì)單片機(jī)的溫度控制原理進(jìn)行探索，提出切實(shí)可行的改進(jìn)意見(jiàn)推動(dòng)單片機(jī)溫度控制的進(jìn)一步發(fā)展，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)繁榮發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；溫度控制系統(tǒng)；研究與實(shí)現(xiàn)

前言：隨著社會(huì)工業(yè)發(fā)展越來(lái)越迅猛，單片機(jī)溫度控制與測(cè)量功能占據(jù)越來(lái)越重要的作用。在單片機(jī)的使用過(guò)程中，如何發(fā)揮對(duì)溫度實(shí)時(shí)采樣的測(cè)量功能，達(dá)到精準(zhǔn)控制溫度廠的效果，是目前最為關(guān)注的問(wèn)題也需要迫切改善的首要問(wèn)題。這些效果的改善提升不但能帶來(lái)方便操作的效果，還能大大提高質(zhì)量與數(shù)量的監(jiān)控效果。因此，改善單片機(jī)的溫度控制性能很好的適應(yīng)工業(yè)溫度測(cè)量需要。

一、單片機(jī)基本概述

單片機(jī)是一種微型的計(jì)算機(jī)。其中CPU、RAM、ROM、I/O接口等與中斷系統(tǒng)之間相連接，形成一個(gè)完成的器件，雖然體積小巧，但是功能完善，可以快捷輕松的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作處理，并且便于攜帶。單片機(jī)的是由大規(guī)模集成電路發(fā)展而成，性價(jià)比較高。因此，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，單片機(jī)得到的廣泛的生產(chǎn)應(yīng)用，并提高生產(chǎn)環(huán)境與效率，并減少生產(chǎn)中儀器發(fā)生故障幾率，為企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

二、溫度控制實(shí)現(xiàn)方式

根據(jù)具體的觀察研究顯示，單片機(jī)的溫度控制測(cè)量主要有以下幾種方式：

（一）1FPHA/CPLD或是采用IP內(nèi)核的實(shí)現(xiàn)方式

溫度測(cè)量控制過(guò)程中，運(yùn)用FPGA/CPLD進(jìn)行采集工作，并完成儲(chǔ)集、顯示以及A/D操作，然后IP核進(jìn)行人機(jī)交互、信號(hào)測(cè)量與分析的工作，來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)溫度測(cè)量與控制流程。這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)系統(tǒng)構(gòu)造緊湊，能對(duì)復(fù)雜的情況作出分析與控制，并且操做起來(lái)也簡(jiǎn)單便捷。但是在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)調(diào)試程序復(fù)雜的現(xiàn)象，投入使用會(huì)消耗企業(yè)成本。

（二）純硬件閉環(huán)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式

生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中，純硬件閉環(huán)的溫度系統(tǒng)可與有效提升工作效率，縮短控制時(shí)間。但是這和控制系統(tǒng)在實(shí)踐生產(chǎn)中可靠性不強(qiáng)，并且有測(cè)量控制精度低，靈活性差的特征。純硬件閉環(huán)系統(tǒng)組成機(jī)構(gòu)復(fù)雜，在調(diào)試與安裝的過(guò)程中都會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，不能實(shí)現(xiàn)快速操作，從而導(dǎo)致難于在實(shí)踐中產(chǎn)生良好的工作效果?？梢?jiàn)，雖然純硬件閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)速度較快，但是不能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的測(cè)量控制效果，無(wú)法在工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中得到普及。

（三）單片機(jī)結(jié)合溫度傳感器

單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面操作，信號(hào)分析處理、系統(tǒng)操控的功能，同時(shí)前端的溫度傳感器把經(jīng)過(guò)的溫度信號(hào)放大到電路，先轉(zhuǎn)變成毫伏的電壓信號(hào)，然后漸漸放大弱電壓信號(hào)直到單片機(jī)能夠進(jìn)行自由處理的可調(diào)控范圍，然后轉(zhuǎn)換器將電壓信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，最后，相關(guān)軟件把數(shù)字傳送到主機(jī)當(dāng)中。這種協(xié)作方式能很好的解決上述兩種溫度控制系統(tǒng)的不足之處。本文針對(duì)單片機(jī)與溫度傳感器結(jié)合的溫度控制體系進(jìn)行分析，為溫度控制系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展做出有力貢獻(xiàn)。

三、單片機(jī)的類型選擇與結(jié)構(gòu)構(gòu)造

（一）單片機(jī)的類型選擇

單片機(jī)的類型選擇事關(guān)重大，必須滿足速率高、內(nèi)存大、成本低、并通用性強(qiáng)等特征。本次實(shí)驗(yàn)研究選擇AT89S51作為主控芯片，確保溫度測(cè)量的準(zhǔn)確與高校效。其作為控制主芯的指令集與芯片引腳和因特爾公司生產(chǎn)的產(chǎn)品有較好的兼容效果。具有128字節(jié)的存儲(chǔ)器、先進(jìn)的全雙工串行通信接口、4kb可編程存儲(chǔ)器、兩個(gè)優(yōu)先級(jí)與六個(gè)中斷源。實(shí)際應(yīng)用中時(shí)鐘最高頻率可達(dá)到0.33mhz等功能。

（二）傳感器選擇

溫度控住系統(tǒng)選取的是一線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20，可以對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行快速采集。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可以搭載最新一代的智能溫度傳感器，能在軍事、工業(yè)領(lǐng)域等發(fā)揮重要的溫度控制與測(cè)量作用，并且傳感器的體積小巧，具有傳輸快速，接口方便的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)逐漸普及到更多領(lǐng)域。

（三）系統(tǒng)框架構(gòu)造

通常情況下，溫度系統(tǒng)的框架主要由單片機(jī)控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、溫度設(shè)置模塊、驅(qū)動(dòng)模塊以及顯示模塊構(gòu)成。系統(tǒng)總體框架如圖一所示。數(shù)據(jù)采集模塊主要進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)傳到單片機(jī)中，單片機(jī)進(jìn)行處理后傳送到顯示模塊中，從而根據(jù)溫度狀況設(shè)置預(yù)定溫度。如果檢測(cè)到系統(tǒng)溫度小于設(shè)定溫度，單片機(jī)會(huì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行自動(dòng)加熱，并發(fā)出警報(bào)通知，當(dāng)實(shí)際溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，單片機(jī)會(huì)控制驅(qū)動(dòng)電路停止加熱，從而保證工作正常運(yùn)行。

四、單片機(jī)溫度系統(tǒng)控制與開(kāi)發(fā)

（一）硬件電路的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)

硬件電路研究過(guò)程中，采用單片機(jī)作為主機(jī)，同時(shí)配備兩路傳感變送器以及多路開(kāi)關(guān)，并與轉(zhuǎn)換器相連接，達(dá)到設(shè)置要求，完成控制測(cè)量?jī)?chǔ)液溫度的工作要求。

（二）軟件開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

軟件采用的主要是C語(yǔ)言進(jìn)行編程操作的系統(tǒng)。實(shí)際應(yīng)用中，主程序負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示與處理；熱電偶測(cè)量出來(lái)的溫度值會(huì)轉(zhuǎn)化為數(shù)字傳動(dòng)到單片機(jī)，每經(jīng)過(guò)十秒間隔，時(shí)間自動(dòng)控制會(huì)進(jìn)行一次操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際溫度進(jìn)行采樣，并與設(shè)定溫度進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果進(jìn)行溫度調(diào)控工作。

（三）溫度檢測(cè)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

電熱偶傳感器是溫度控制系統(tǒng)中常用到的一種溫度檢測(cè)裝置，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，具有質(zhì)量好、性價(jià)比高、價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛、反映快速的特點(diǎn)。目前偶熱傳感器電壓信號(hào)較為微弱，只能對(duì)處在幾毫伏與幾十毫伏之間的電壓能有效識(shí)別。所以在AID轉(zhuǎn)換過(guò)程中，應(yīng)先進(jìn)行信號(hào)調(diào)節(jié)，并將信號(hào)擴(kuò)大再放到轉(zhuǎn)換器上，這樣操作提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。

結(jié)語(yǔ)：?jiǎn)纹瑱C(jī)的溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)實(shí)踐生產(chǎn)中具有重要的作用，極大的方便工業(yè)生產(chǎn)中的溫度控制，提高企業(yè)生產(chǎn)安全與效率，具有良好的推廣價(jià)值與發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳勇，許亮，于海闊，黃小青. 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2016，02：77-79.

[2]高敏. 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 廣州城市職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，04：26-29.