基于单片机的温度控制系统设计

文/吕志华

随着电子技术的快速发展，尤其是大规模集成电路的应用，有效提高了工程控制的精确度。在工业领域，单片机的应用比较广泛，单片机将中央处理器、存储单元、I/O接口等集成在一个芯片，操作便捷，单片机还具有性能稳定，可靠性高的特点，可以满足复杂的工业环境下运行条件需求。温度是工业生产中的重要参数之一，温度测量在工业设计、产品生产等方面有着至关重要的作用。所以，本文提出将单片机应用于温度控制系统的设计中，有效实现对产品温控，使系统具有用户体验良好、操作方便、自动化程度高等特点。

1 单片机温度控制系统的功能与工作原理

为了保证基于单片机的温度控制系统设计工作能正常、有序、顺利的开展，首先要保证相关设计人员对单片机温度控制系统的功能与工作原理有一定认识和理解。

1.1 单片机温度控制系统的主要功能

单片机作为温度控制系统元件中的核心元件之一，对有效的控制工业生产温度和农业生产温度尤为重要。通常情况下，单片机的主要功能是通过科学合理的监测温度，实现对温度大小的精准控制，采用媒介传输的方式，将控制后的温度值传送给监控人员，供监控人员作出相应的处理。通过将单片机温度控制系统应用到农业或者工业实际的产品生产中，有效提高温度控制效果、保证产品生产所需温度、提高产品的生产质量和效率。

1.2 单片机温度控制系统的工作原理

单片机温度控制系统的工作原理主要是相关设计人员利用传感器的测量优势，在转化温度信息为电压和电流等电学物理量信号的基础上，采用传感器测量法，对电压和电流等电学物理量信号进行放大处理，以准确获取温度相关信息，从而有效控制单片机可处理温度范围。当电压和电流等电学物理量信号达到了单片机处理既定范围后，相关设计人员对温度相关信息进行分类归纳、过滤处理，然后将转换后的温度信息以可视化界面的方式展示给用户，有利于保证用户良好的视觉体验。单片机温度控制系统的整体设计图如图1所示。

2 温度控制系统硬件电路设计

2.1 单片机模块设计

图1：单片机温度控制系统的整体设计

图2：软件系统程序流程图

由于该温控系统设计方案数据量不大，所以通过将AT89C51作为该系统的核心元件，该组件无法独立工作，需要与时钟、复位电路相连接，并且确保EA接高电平，ALE及PSEN信号不接，即可实现系统正常工作。时钟电路运用内部时钟方式，以晶体振荡频率确定振荡器频率。经某方式调整单片机各个寄存器数值为初始状态的操作过程即复位操作，可以对于系统异常或死机情况下进行手动复位。

2.2 A/D转换模块设计

在设计硬件系统中运用TLC2543该串行模数转换器，实现A/D转换过程，该元件能够达到较高分辨率且性价比高，所以应用于本次系统设计模数转化器，并设计输入一路模拟量选择AINO一路输入通道。

2.3 液晶显示模块设计

对于现代化自动智能仪器，日常应用较广的包括LED、LCD小型输出型显示设备，其中，LED只可显示特定的字符或数字，对图形、汉字信息无法显示。但是LCD则能够将任何数字、汉字、图形都灵活显示，具有较强的交互性。所以LCD被广泛运用于高档仪器设备中，本次温控系统硬件设计采用C21编写的LCD显示程序，能够达到较强可读性且修改便捷，最大化满足用户使用需求。

2.4 声光警报模块设计

在该系统中设计了两个普通LED灯作为警报模块元器件，假若要求更大功率光报警可以设计单片机对继电器控制，从而实现控制白炽灯。运用普通NPN型三极管9013驱动直流蜂鸣器，整体电器设备的设计构造十分简单可靠，被广泛运用于诸多实际电路中。

2.5 硬件电路开发

硬件电路是基于单片机的温度控制系统中重要的组成部分，它对该系统性能起着决定性的作用，通过将传感变送器与其它设备进行有效的连接，有效的提高了该系统对温度的控制效果。同时，相关设计人员要充分结合内外环境的变化特点，通过对该系统的功能进行不断的优化和完善，例如：对键盘灵敏度、警报电路的性能和电路组织设计等功能。为了确保该系统能充分利用单片机的使用优势，相关设计人员需要对该系统安装微处理器，从而大大保障该系统的硬件电路的实效性和通用性，从该系统的硬件电路组装情况来看，在设计基于单片机的温度控制系统的过程中，主要采用了高性能处理器，有效的提高了该系统的运行效率，同时，为了有效的提高该系统对数据的处理能力，实现对通信和存储方式的优化，需要设计人员借助可控硅对温度进行合理控制。

3 温度控制系统软件设计

为了最大限度的保证基于单片机的温度控制系统的通用性和强大功能，该部分系统软件设计主要包括了主程序、模数转换、液晶显示、延时四大模块。由于直接采用芯片厂家提供的驱动类显示程序，本部分仅对主程序、延时模块进行介绍。

3.1 主程序模块

基于单片机的温度控制系统要想能正常、可靠的运行，除了需要有硬件提供技术支撑外，还离不开软件的支持。软件的各个功能需要用编程语言来实现，为了最大限度的提高软件开发的效果，需要将主程序的功能与各个子模块的功能进行有效的分类和归纳。通常情况下，主程序的功能主要是指在不同时刻对温度进行及时的监测并展示。通过对温度信号完成数模转换，后加入至单片机P3.0口，即可完成对信号的运算处理，对比既定温度范围。一旦温度低于既定最低温度或高于最高温度，即可发出声光警报。经一定时间延时，即可对下一组温度采样信号进行比较，软件系统程序见图2。

3.2 延时模块

本次设计运用单片机定时器TO，能够实现定时/计数器TO该工作方式设置，从而输入尚未完成的温度信号定时采集。该定时器经软件编程制定通过最初运用该定时器时，应当完成初始化处理，根据所设定的功能工作确定初始步骤，通常包括了确定TMOD赋值也就是系统工作方式后，预先设置定时初值，并开放定时器中断后启动。

3.3 编译程序

运用Keil软件首先完成项目创建，选择与系统一致的单片机型号，之后创建新文件保存自己的系统程序后，再添加程序展开程序编译，对于编译时点击菜单编译文件，直至未出现错误后，在单片机芯片中录入hex文件。

4 结束语

综上所述，硬件开发与软件系统开发是设计基于单片机温度控制系统设计过程中最重要的两个环节，因此，为了最大限度的提高基于单片机温度控制系统的设计水平，给用户带来良好的体验，需要加大对这两大环节落实的重视度。首先，经开发基于单片机温控系统的硬件电路，提高硬件的运行性能，其次，经软件开发增强了各个模块之间的联系性。所以经过本文设计基于单片机的温度控制系统，能够实现温度在低于既定最低温度或高于最高温度时，发出警报并发送至监控人员，实现温度的实时控制。