基于单片机的温度控制系统设计

徐博

辽宁锦州渤海大学工学院

基于单片机的温度控制系统设计

徐博

辽宁锦州渤海大学工学院

随着计算机技术的不断发展，计算机中很多的领域行业中都有着重要的应用价值，随着单片机的不断应用发展，在自动控制领域中也广泛运用到了单片机技术，单片机在实现自动控制的过程中充当着重要的核心地位，本文设计了基于单片机的温度控制系统，文中主要是从硬件设计和软件设计进行展开论述。

单片机 温度控制 数据采集

1 引言

温度在人们的生活中充当着的作用无法被替代，在工业生产中，温度是作为测量的参数之一。温度在物理以及化学反应中都存在，因而，生产自动化中对温度进行控制具有重大的研究价值。随着计算机技术的不断发展进步，对温度进行性测量的仪器的研究也日益增多，很多的工业领域中都会应用到测温仪器，目前在温度控制系统中实现智能化是大势所趋。尤其是现今的社会背景下，温度控制系统已经融入到人们的生活中，成为了有着重要应用价值的一部早，但是关于温度控制的发展还有待突破，所以研究温度控制系统有着重要的现实意义以及理论意义。

2 总体设计

基于单片机的温度控制系统的总体电路图如图1所示。

图1 总体电路图

3 硬件设计

3.1 传感器接口电路设计

作为非线性对象中的一种，温度的特点是惯性大，通常情况下在温度低的范围之类形成的惯性比较大，处于温度比较高的范围之类其惯性小些。为了更好地进行温度控制，通常设定的传递函数如公式（1）所示。

3.2 温度数据采集电路

温度传感器的型号选择的是DS18B20，相比传统的温度传感器，DS18B20的主要特点总结成几点：DS18B20的接口方式是单一的，DS18B20还能够实现多点组网，将几个的DS18B2共同连接在三个线中，从而进行多点组网。在运用DS18B20的时候不添加其他的外围元件，温度控制的范围通常是处于-50℃到+120℃之间的，其中的测温分辨率设定为±0.4℃；将温度测得的结果发送给CPU，其中的结果传送形式是9位数字量。进而进行CRC验证，DS18B20的实现增强了抗干扰纠错能力。数值与温度之间的关系如表1所示。

表1 数值与温度的关系

3.3 ADC0809转换器

A/D中的主要核心是ADC0809，该过程的A/D转换是通过逐次逼近实现的。ADC0809的电源设置的是+5V，而且芯片中有8路模拟多路开关，该开关能够将8路0到5V的模拟电压实现分时转换，而每一次的转换时间是100µS。

ADC0809中的引脚介绍如下：D0-D7表示8位输出数字量。IN0-IN7表示8路输入模拟量。VCC表示工作的电压。GND表示接地。

START表示A/D转换中信号启动的输入端。

A、B、C分别表示地址的三个输入端。

其中A/D误差大小为实际模拟量和理论模拟量的差值，如公式（2）所示。

ΔV=V0-VR （2）

3.4 LED显示接口电设计及数码管

本文所选择的4位数码管对时间进行动态地显示，其中温度的精度保持的是0.1℃。在单片机的系统中，LED显示器有着重要的作用，随着单片机的不断发展，LED显示器的运用十分广泛。LED数码器通常应用的场合是仅有数码和其他由字母所组成的内容。因为LED数码器的配置比较灵活，界面比较清晰，同时在与单片机的接口相互连接的时候，实现起来比较容易。

LED数码管在进行字段显示的过程中充当着不可替代的器件，LED数码器的组成部分主要包括了多个发光的二极管。如导通果发光二极管，则二极管中相应点就被点亮，从而也对其他组合的二极管进行导通，通过二极管能够将多种字符显示出来，通常选择的LED数码管的段数一共是7以及形成的是“米”字段的样式。一般情况下此种显示器可以分为两极；阳极和共阴极。所谓的共阴极LED显示器是将里面所有的阴极都连起来，同时将二极管的共阴极接地。如果发光二极管的阳极显示是高电平的是时候，二极管的相应字段就会显示亮点。与此同时连接起LED显示器中的共阳极的所有阳极，一般情况下共阳极是和正电压相互连接起来的。LED数码管和发光二极管是相同的，其中正向压降设定的范围是1.5V到2V之间，额定电流设置成10mA，电流的最大值是40mA。

3.5 温度采样部分

在温度控制系统的设计中需要设置温度参数，但是在这个测量参数中需要采集温度的数据信息，而这个采集部分是通过温度采样单元实现的，采样单元中包括了转换温度电压、放大小信号和数字模拟信号的转换等。从温度到温度电压的而这个转换过程的实现需要借助于温度传感器-热敏电阻，放大小信号的实现需要借助于放大电路，而模拟信号向数字信号之间的转换过程是通过ADC0809实现的，获取温度数据信号后需要发送单片机中，经过进一步处理从而形成输出的信号是二进制形式。

3.6 温度传感器

从一定的角度上分析，所谓的温度传感器指的是，物体自身的性质会随温度的改变而改变。比如，生活中的很多的物品的性质与温度有着直接的关系，当温度发生改变的时候，物质的特性也会发生相应的改变，所以这些物质材料都可以当成是温度传感器，然而，一个材料能否成为温度传感器除了这点之外还需要有其他的特点如下：

1)当温度发生改变的时候，物体的特性改变也很大，而且这个发生改变的变量是很容易进行测量的。

2)温度和物体的特性之间存在着一一对应的联系，该类物体只会对温度很敏感。

3)产生的性能在误差方面比较小。

4)投入的成本比较合理，从而适应生产中大量应用。

生活中很多物体都满足上述几点要求，这些就是温度传感器，比如玻璃温度计，热电阻，以及热电偶等。

4 系统软件设计

其中总结构中主要是由三个部分组成的，分别是主程序、按键子程序以及获取温度等组成。先将按键设置成功，成功设置了温度值之后，就能够在数码管中看到这个温度值，接着，A/D转换器中就会将采集所得到的温度进行转换，温度的数字信号就会在数码管中成功显示出来，加热器的控制是通过单片机实现的，通过加热器可以对温度进行升温和降温。

4.1 本文设计的主程序图如图2所示。

图2 主程序流程图

4.2 温度获取流程

首先是进行初始化，然后判断DS18820是否存在，如果存在，系统就会启动ROM指令，接着继续执行存储操作，最后进行温度的读取。流程图如图3所示。

图3 读温度流程

5 结语

在日常的生活中，很多方面都有涉及到温度控制，比如温棚、游泳池等场合中都有必要安装温度控制系统。但是传统的温度控制的实现是通过人工进行的，所以重视度依然不够。本文具体介绍了数码显示器，数据采集等方面。

[1]孙杰,张学军,刘云,等.基于单片机的温度控制系统设计及仿真[J].农机化研究, 2015(4):219-222

[2]康妙,都广玉.基于单片机的温度控制系统设计及其应用[J].中国电子商务, 2014(19):72-72

[3]赵鸿图.基于单片机的温度控制系统的设计与实现[J].微计算机信息, 2008, 24(26):54-56

[4]王宝芹,范长胜,郭艳玲.基于单片机的温室温湿度控制系统设计[J].林业机械与木工设备, 2008, 36(3):39-41