浅析单片机温度控制系统的研究

李耀贵　吴康福

【摘 要】当今社会发展十分迅速，人们的需求也日益多样化。单片机不仅广泛地应用于人们日常的生活中，还大量应用在工业、医学和军事等领域。在现实生活中，人们对温度的控制和测量需求越来越大，追求更加准确的温度数据，以保证产品更加高效。所以，我们在应用温度控制系统时，要保证采样速度和温度数据的准确度，从而保证测量的数据有效且时效性高，使相关数据可以进行高效传输且温度可以进行精确的控制。文章主要以89C51单片机为例，对其温度控制系统进行研究，以期促进单片机未来的应用与发展。

【关键词】单片机;温度控制系统;原理;应用

【中图分类号】TP273.5 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）04-0070-02

随着我国科学技术的大力发展与创新，以及互联网时代的到来，单片机的应用领域越来越广泛，它不仅可以应用到我们的日常生活中，还可以应用到工业、医学、军事等领域。在企业的生产中，单片机发挥了巨大的作用。根据相关研究表明，通过控制单片机的温度不仅可以保证产品的性能，还可以增强产品操作的灵活性，提高生产效率。可见，引入单片机温度控制系统是必要且效益巨大的。

1 单片机的选型与系统框架结构

1.1 单片机的选型

在温度控制系统中，硬件的选型与匹配十分重要。为了能够使温度控制系统更加精确与高效，我们选择89C51单片机。目前，这款型号的单片机的应用十分广泛，主要具有以下优点：①继承了89C51的一系列优点，例如容量大、价格低及性价比高。②除了具有89C51的特点外，它还具有ISP在线编程的功能，能够方便人们根据产品需求随时编写和改正程序。③89C51具有更高的极限工作频率，为33 MHz，在此范围内可以正常工作。④具有双工UART串行通道，使数据通用性更高。⑤89C51内部集成看门狗计时器，因此不需要单独的计时单元与之相连。⑥具有双数据指示器，使工作更加方便、高效。⑦具有全新的加密算法，大大加强了程序的保密性，可以更有效地保护企业的知识产权。

1.2 传感器的选型

传感器的选择也是企业进行产品设计时需要重点考虑的问题。传感器的各个引脚与单片机I/O接口的相连问题是关系到温度控制系统能否正常运行的关键。我们选择DS18B20温度传感器，它是一种比较常用的传感器，采用独特的单线接口方式，体积小、价格便宜、抗干扰能力强、测温范围广且传输的效率十分高，适合远距离操作。该传感器可适用于冷库、电力机房、空调、冰箱等测温和控制领域，在人们的日常生活、工业及军事领域有很大的贡献。

1.3 温度控制系统的框架

在设计产品的过程中，少不了各种模块的配合与使用，而基于89C51单片机的温度控制系统更少不了系统集成模块技术，主要包括数据采集模块、单片机控制模块、显示模块、温度设置模块和驱动电路模块。该系统工作流程如下：首先，数据采集模块将当前想要测量的产品或者空间的温度进行实时的采集与记录，保证数据具有较高的时效性。将采集到的温度数据输入单片机控制模块中，此模块对其进行加工与处理，经过处理后的温度数据通过温度控制系统中的显示模块显示在屏幕中，方便操作人员监测。其次，温度设置模块将温度提前设定为一个恰当的值，当被采集的温度数值不在所设定范围时，可以通过单片机控制模块自动调节控制温度。当检测到的温度低于或高于设定的温度时，单片机会改变驱动电路进行加热或者停止加热，并且会发出报警声或者点亮报警灯，提醒工作人员当前系统温度出现不合理的情况。

2 单片机温度控制系统的设计原理

首先，传感器要对所测量的产品或空间温度进行捕获和采集，将此信号转换为电压信号，再将此信号通过一个电压放大器放大，单片机可以实时检测和控制数据，然后转化为计算机可识别的数字信号，将其通过相应的Keil软件和相关程序转入CPU中。其次，比较当前测量数据与之前测量数据，按照一定的计算方法计算出二者存在的偏差，经过一系列的调节与优化，将温度控制在最佳参数范围内，以实现产品的最好效果。此外，单片机温度控制系统还可以对所处周围环境进行实时准确的测量及控制，以解决人们在生产过程遇到的各种难题，如生产温度难以知晓和控制。

3 单片机的温度控制方法

3.1 纯硬件的闭环控制系统

采用纯硬件的闭环控制系统的优点是可以提高传输数据的速度，但是随着数据传输速度的加快，其可靠性和准确性会有所下降。此外，由于客观上存在的安装问题及线路连接的复杂性，在操作、調试方面会增加很多困难，因此这种温度控制方法在实际应用中具一定的局限性。

3.2 利用FPGA/CPLD及有IP内核的FPGA/CP-

LD方式

采用FPGA/CPLD的方法能够对需要的温度数据进行实时采集，并且可以将其储存和显示。利用有IP内核的FPGA/CPLD方式可以使系统的结构分配更为合理，从而进一步实现复杂信息的测量与控制，并且操作过程比较简单。但是，此系统的调试比较困难，并且性价比不高，因此在实际的温度控制系统中的利用率也不高。

3.3 单片机与高精度温度传感器结合使用

这种两者相结合的方式从某种程度上既克服了调试和操作困难的问题，又解决了价格昂贵、性价比不高的问题。这种方法是采用单片机完成人机界面、温度系统控制、信号的分析和处理、采集到的温度数据的转换。目前，人们通常将高精度传感器直接嵌入控制系统中，能直接且有效地完成对信号的采集、存储与转换。如今，大多数企业都采用这种方式提高温度控制系统的稳定性与灵活性。

3.4 背光测试

这种方法主要是利用光敏电阻实现电压的变化，光敏电阻是利用半导体的光电效应，即其阻值会随着不同的光照强度发生不同的变化，若光照强度变强，其阻值变小，反之，光照强度变弱，其阻值变大，而阻值的大小会影响电压的大小。由于上述原理，可以将模拟电压传送到MCU的ADC转换器上，测出此时光照强度，通过对此光照强度数据的分析和处理来设置LED点阵屏幕的亮暗程度。

4 单片机温度控制系统的开发和应用

4.1 硬件电路的开发与应用

通常，我们会将单片机作为硬件电路的主机，还会配上两路传感变送器和多路独立的控制开关，再配合D/A转换器、V/I转换器和调节阀等硬件设备，满足基本的硬件需求，可以实现对产品或者空间温度的有效控制，达到生产过程中对环境或者产品自身温度控制的需求。除了主要的硬件设备外，人们还可以根据自己的需要增加一些辅助的硬件设备，例如键盘、报警器、显示屏等，可及时提醒人们当前产品或环境的温度情况，从而让人们能够及时进行调整，实现环境或产品温度的最佳状态，有利于提高生产效率。

4.2 软件系统的开发与应用

我们所运用的单片机的编程环境主要是在Keil软件下，用C语言编写温度控制系统。我们需要对主模块进行初始化，然后将需要测量的温度进行显示、分析和处理、存储等操作。其中，主程序是当测定的温度不在初始设定的温度范围内时，要及时将其显示并进行自动调节，同时对与其相关的子程序进行相应的支配。

4.3 温度检测的开发与应用

通常，我们首选热电偶传感器作为温度检测开发与应用的工具，因为它不仅价格比较低，构造比较简单，使人易于理解和操作，而且检测温度的范围也比较广，同时精确度高，灵敏度也相当好。但它也有一定的局限性，此传感器识别的电压信号比较微弱，当遇到高电压信号时，其准确度会降低。所以，通常我们会将其输出的微弱电压进行放大后安装到转换器上，完成温度数据的传送，这种方法是目前较为简便且常用的方法。

5 结语

基于单片机的温度控制系统不仅可及时、精确地反映当时生产环境及生产产品当前的温度，还可以根据人们提前设定好的温度范围对其进行自动控制和调节，并且可以报警提醒操作人员，使其做出相应的程序调整或者硬件调节，以保证整个温度控制系统能够发挥最大的作用。同时，我们选择单片机是因为其性价比极高，对于当前的生产与生活都有极大的益处。所以，我们一定要好好学习单片机温度控制系统的运行原理，将理论知识较好地应用到日常的生活中，激发灵感，开发出更好的产品，最大限地发挥出它的应用价值，为人类社会带来更大的便利。

參 考 文 献

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[责任编辑：钟声贤]