基于单片机的温度控制系统

陈彦霖

摘要 本文将在研究单片机工作原理以及达成温度控制的方法两方面的基础上，对基于单片机的温度控制系统开展相关的设计研究。

【关键词】单片机 温度控制系统 研究

随着技术水平的进步以及科研人员的不断探索，单片机技术不断提高着自身的电压、功效、可靠性等方面的性能。随着基于单片机的温度控制系统在实际生活中应用范围的不断扩大，对其进行相应的研究成为比较有意义的一个研究方向。

1 单片机原理

在日常生活中我们所接触的单片机，就是简易的单片微型计算机。单片机的组成部分包括负责进行运算的系统、进行控制以及协调的控制系统、存储相关数据信息的寄存系统等三个方面。其中，进行相关运算的系统组织包括算数逻辑单元、累加器以及寄存器。运算系统的运行程序为：第一步，累加器以及寄存器在运行的过程中将两个8位源数据输入至ALU;第二步，ALU将接收到源数据进行相应的逻辑方面的运算;第三步，将上一步的运算存放至寄存器中。控制系统在整个单片机的运行过程中起着至关重要的作用，它不仅是简单的下达命令，同时也肩负着协调系统其他部分运作的职能，控制器的组成部分包括程序计数器、指令寄存器以及译码器、时序发生器以及操作控制器等。寄存系统在单片机中也是不可或缺的一部分，它主要由累加器，指令译码器以及数据、指令、地址寄存器，程序计数器等组成。在单片机进行运行的过程中，首先控制器发布各项操作指令到各部分，其次接到相应命令的运算器根据情况进行相关的计算，最后运算出来的结果存放到寄存器中。在整个的运行过程中，三个系统之间是相互连接的。

2 实现温度控制的方法

实现温度控制的方法有很多，本文将根据研究的方向主要介绍纯硬件的环控制系统、FPGA伦PLD或带有IP内核的FPGA/CPLD方式、高精度温度传感器结合单片机三种方式。使用第一种方式进行温度控制有自身的优势，但同时也存在着一定的弊端，优势主要表现在这种方式进行温度控制的速度较快，但是在控制的过程中也存在不小的弊端，比如在温度控制方面不仅具有线路复杂、灵活度小、调试以及安装麻烦的缺点，而且在温度调控的过程中精确度相对较差可靠性也达不到要求;第二种温度控制方式优势在于系统结构紧凑，能够更好实现复杂的测量以及控制，并且操作过程中比较简便，但是也存在着调试过程复杂并且高成本的弊端;第三种单片机与高精度温度传感器结合的方式则较好解决了上述两种温度控制方法所存在的弊端，其使用单片机完成人机界面、系统控制、信号分析处理，由前端温度传感器完成信号的采集以及转换。

3 基于单片机的温度控制系统设计

3.1 硬件设计

基于单片机的温度控制系统设计的硬件设计中，主结构设计由主控制系统、温度采集、显示、动态控制、报警、按键控制几大板块组成。单片机在温度控制系统中的重要作用是不言而喻的，它的功能包括对收集到的温度数据信息进行一系列的处理、识别扫描按键、协调系统输出显示任务以及报警等，因此在设计过程中笔者采用了AT89C52单片机，在其自身与其他模块连接时，作为键盘输入端口的P1.O—P1.4可以通過相应的按键设定目标温度的上下限，单片机的P1.7口由数字传感器的总线进行连接，然后经过相关的处理将得到的温度数据信息输出到PO口，最后由LCD1602进行显示，温度动态控制信号由单片机P2.4-P2.6口传输。硬件设计过程中，对于温度采集模块采用美国一家公司生产出的DS18820数字温度传感器，该传感器在使用的过程中具有低成本、结构简单、供电方式多样、可靠性高以及方便扩展等优势，该传感器可以通过把多片在同一时间挂在一条总线上完成多点温度的采集。温度动态控制系统在运行期间，加热管的启动以及停止是通过单片机P2.4口输出高低电平实现的。

3.2 软件设计

在基于单片机的温度控制系统的软件设计过程中，笔者主要运用的编程为C语言。在此过程中能够通过反复测试的方式对温度进行相应的反应和操作。随后热电偶测量的温度值将慢慢的从模数转换电路为数字，再经过Pll：3将其传送到单片机内部，接下来控制系统通过对产生的温度数据进行集中采样，然后系统将通过对比分析进行自动调节。假如实际测量出来的温度与系统自身设定的温度存在着一定的差距时，系统则会通过自动执行截断功能或其他的方式来对出现的温度偏差进行相应的调整;如果实际测量的温度与系统自身设定的目标温度差距在合理的范围之内，系统就会实现自动恢复。

3.3 温度检测的开发

在对温度进行检测时，质量好、价格低、精确度高、结构简单、反应速度快的热电偶传感器是应用范围较为广泛的一种传感器，但是这种传感器也存在着输出的电压信号相对较为微弱的局限性，所以在进行AID转换的过程中，我们第一步就需要对信号进行调节处理，在此我们可以采用热电偶调理模板来完成这一任务。在热电偶传感器正常工作期间，如果出现其温度不在0℃时，则需要采用冷端补偿的方法开展纠正工作，以此来保证温度的恒定性。

4 结语

在现阶段市场中，基于单片机的温度控制系统具有较好的市场发展以及应用前景。该系统自身所具有的低成本、高可靠性、高强度、高灵活性、强扩展性的优势使其在工业生产中具有较高的应用价值，相信随着此项研究工作更加深入的发展，会为我们的生产生活提供更大的便利。

参考文献

[1]金波，周渝曦，宁德胜等，基于单片基的网络型智能多点温度控制器[J].机电工程，2006，23 （01）：12 -15.

[2]夏晓南.基于单片机的温箱温度和湿度的控制[J]，现代电子技术，2005 （24）：117-118.

[3]王忠全.基于单片机的温度控制系统的研究[J].科技信息，2010 （33）：116-118.

[4]吕俊亚，一种基于单片机的温度控制系统设计与实现[J].计算机仿真，2012 （07）： 230-233.

[5]张珊珊.基于单片机温度采集控制系统设计[J].信息通信，2012 （06）： 69-70.