基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的研究

尹海昆

【摘 要】在實際的生產(chǎn)生活當(dāng)中，溫度的控制往往有很高的精度要求，要實現(xiàn)精確的溫度控制，就需要設(shè)計和開發(fā)高精度的溫度控制系統(tǒng)，來滿足生產(chǎn)生活的要求。本文簡要介紹了國內(nèi)外對溫度控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，介紹了基于單片機(jī)的溫度控制原理和溫度控制辦法，并詳細(xì)介紹了基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的開發(fā)與研究。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；溫度控制系統(tǒng)；開發(fā)與研究

基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的開發(fā)與研究有很高的技術(shù)要求，控制系統(tǒng)分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分，可以實現(xiàn)對溫度的精確控制，在實際的生產(chǎn)生活當(dāng)中，精確的溫度控制具有很大的意義，可以大大提高系統(tǒng)的性價比，可以提高整個裝置的穩(wěn)定性與安全性。目前，國內(nèi)外都很重視對溫度控制系統(tǒng)的開發(fā)與研究，經(jīng)過長期的努力與開發(fā)，基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的開發(fā)與研究已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，但是在實際應(yīng)用過程中，仍然存在不小的問題，難以完全實現(xiàn)對溫度的精確控制，整個裝置的穩(wěn)定性有待加強(qiáng)。

1.國內(nèi)外溫度測控系統(tǒng)的研究

1.1國外溫度測控系統(tǒng)研究

在實際的生產(chǎn)生活中，對溫度的精確控制具有相當(dāng)重要的意義，國外很早就開展對溫度控制技術(shù)的研究，這個研究始于20世紀(jì)70年代。國外最先采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息并進(jìn)行指示、記錄和控制，在80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)，目前正開發(fā)和研制計算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在世界各國的溫度測控技術(shù)發(fā)展很快，一些國家在實現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)上正向著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。

1.2國內(nèi)溫度測控系統(tǒng)研究

我國對于溫度測控技術(shù)的研究較晚，始于20世紀(jì)80年代。我國工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達(dá)國家溫度測控技術(shù)的基礎(chǔ)上，才掌握了溫度室內(nèi)微機(jī)控制技術(shù)，該技術(shù)僅限于對溫度的單項環(huán)境因子的控制。我國溫度測控設(shè)施計算機(jī)應(yīng)用，在總體上正從消化吸收、簡單應(yīng)用階段向?qū)嵱没⒕C合性應(yīng)用階段過渡和發(fā)展。在技術(shù)上，以單片機(jī)控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，尚無真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，與發(fā)達(dá)國家相比，存在較大差距。我國溫度測量控制現(xiàn)狀還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到工廠化的程度，生產(chǎn)實際中仍然有許多問題困擾著我們，存在著裝備配套能力差，產(chǎn)業(yè)化程度低，環(huán)境控制水平落后，軟硬件資源不能共享和可靠性差等缺點。

2.基于單片機(jī)的溫度控制原理

2.1基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的組成

傳統(tǒng)單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)在實際工作中，很容易受到外界環(huán)境的影響，工作很不穩(wěn)定，功能比較單一。多功能溫度控制系統(tǒng)由五部分組成，這五個部分分別是溫度測控電路、按鍵電路、報警電路、顯示器和恒溫控制器，這種多功能的溫度控制系統(tǒng)具有很多的有點，它的能耗比較低，整個裝置的體積比較小，節(jié)省空間，在實際工作中，工作可靠性高，對溫度的控制精度也很高。

2.2基于單片機(jī)的溫度控制原理

在生產(chǎn)生活中，要實現(xiàn)對溫度的控制與采集，通常情況下都會用到傳感器。傳感器可以對溫度信息進(jìn)行采集和記錄，并將信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成為豪伏級的電壓信號，微弱的電壓信號經(jīng)過放大就可以被單片機(jī)處理，處理之后的數(shù)據(jù)輸入A/O轉(zhuǎn)換器，就可以轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，這個數(shù)字信號又會被輸入到主機(jī)中去?；趩纹瑱C(jī)的溫度控制系統(tǒng)，要想大幅度的提高溫度的測量精度，在進(jìn)行溫度采樣工作時，就必須要對數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字濾波操作，這個操作可以將信號的標(biāo)度逐漸轉(zhuǎn)換出來，并可以借助其他儀器將溫度數(shù)值清楚地顯示出來。

3.單片機(jī)溫度檢測方法

在實際的生產(chǎn)生活中，溫度測量大多采用集成的半導(dǎo)體模擬溫度傳感器，這種傳感器可以將測量的溫度信息轉(zhuǎn)換成電壓或者電流，而且傳感器輸出的電壓或電流與溫度在一定范圍呈線性關(guān)系。這種測量信息之間的相互轉(zhuǎn)換，可以實現(xiàn)對溫度的更直觀研究，可以實現(xiàn)對采樣信息的放大。

溫度測量可以使用熱電偶進(jìn)行測量工作，這種測量方法沒有半導(dǎo)體模擬溫度傳感器測量法使用的普遍，在實際應(yīng)用中，熱電偶測量法的測量精度是相當(dāng)高的，但是整個測量過程相對來說復(fù)雜，測量工作持續(xù)的時間比較長，此外，這種測量方法要使用電路，受到外界環(huán)境干擾的程度比較大，穩(wěn)定性較差，容易出現(xiàn)較大的測量誤差。

溫度檢測方法的分類有很多種，按照敏感元件和被測介質(zhì)接觸與否，可以分為接觸式與非接觸式兩大類，每一種溫度檢測方式在一定程度上具有相應(yīng)的檢測范圍?；谖矬w受熱體積膨脹性質(zhì)的膨脹式溫度檢測儀表以及基于熱電效應(yīng)的熱電偶溫度檢測儀表采用的是接觸式溫度檢測方法，非接觸式溫度檢測方法主要是利用物體的熱輻射特性與溫度之間的對應(yīng)關(guān)系?；趩纹瑱C(jī)的溫度控制系統(tǒng)，通過在單片機(jī)的外部添加各種接口，可以實現(xiàn)對不同物質(zhì)的溫度檢測與顯示，并且可以通過不斷的改進(jìn)，或者根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整，實現(xiàn)對溫度檢測的報警與提醒記錄，便于工作人員使用。

4.單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

4.1硬件電路的開發(fā)與應(yīng)用

基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計，采用單片機(jī)為主機(jī)，配合兩路傳感變送器和多路開關(guān)，并包含各種轉(zhuǎn)換器，快速實現(xiàn)不同信息之間的轉(zhuǎn)換與顯示，還配有調(diào)節(jié)閥等，可以實現(xiàn)對貯液容器溫度的自動控制。在開發(fā)與研究中，基于單片機(jī)控制的溫度系統(tǒng)有很多種，有時間溫度控制系統(tǒng)和數(shù)字溫度系統(tǒng)等。

下圖是基于單片機(jī)控制的時間溫度控制系統(tǒng)的仿真圖，在這個圖上，P1口來控制鍵盤掃描，其中P1.0～P1.3為行線輸入，P1.4～P1.7為列線輸入；P2口是控制字形的，而P0口控制位；P3.7為電平輸出。這個溫度控制系統(tǒng)的使用操作是很簡單的，在進(jìn)行溫度監(jiān)測時，操作人員通過數(shù)字鍵盤選擇好系統(tǒng)提示需要選擇的對象，這個選擇對象可以是時間或者其他的參數(shù)，然后輸入需要控制的時間，時、分、秒位都要認(rèn)真輸入，檢查無誤之后按下確認(rèn)鍵，整個溫度控制系統(tǒng)就會開始倒計時；在計時結(jié)束時，控制模塊會通過P3.7輸出一個電平，在下圖的仿真圖中，這個電平會驅(qū)動發(fā)光二極管，而在實際的電路中，這個電平要經(jīng)過放大器進(jìn)行放大然后傳輸?shù)綀?zhí)行模塊，這樣才能最終實現(xiàn)對整個電路的自動控制觸發(fā)，使后續(xù)電路動作。整個倒計時過程會在液晶顯示屏上顯示出來，便于人們的直觀理解。最簡單的控制模塊可采用雙向可控硅來實現(xiàn)，從P3.7輸出的高電平經(jīng)三極管放大后送至可控硅的控制極，而可控硅的其他兩極分別與被控器件、電源相接即可。

時間控制系統(tǒng)仿真圖

4.2軟件開發(fā)與應(yīng)用

在整個溫度控制系統(tǒng)中，采樣得到的溫度信息要經(jīng)過多次轉(zhuǎn)換，還要經(jīng)過相關(guān)電路的放大作用使得數(shù)據(jù)進(jìn)入單片機(jī)的處理范圍之內(nèi)，經(jīng)過一系列作用的數(shù)據(jù)最終會被輸入到單片機(jī)之中進(jìn)行處理與顯示，顯示的結(jié)果可以根據(jù)人們的實際需要進(jìn)行調(diào)整，溫度信息可以借助于一定的數(shù)學(xué)表達(dá)式、圖標(biāo)、函數(shù)等進(jìn)行顯示，便于人們對數(shù)據(jù)的直觀認(rèn)識。

5.結(jié)語

在實際的生產(chǎn)生活當(dāng)中，精確的溫度控制具有十分重要的意義，國內(nèi)外都相當(dāng)重視對溫度控制系統(tǒng)的開發(fā)與研究，隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，人們對溫度控制精度的要求越來越高，與此同時，新型的溫度采集技術(shù)和溫度控制辦法開始逐漸應(yīng)用到整個溫度控制系統(tǒng)當(dāng)中，整個系統(tǒng)的檢測精度和工作穩(wěn)定度得到很大提升，性價比也不斷提升！

【參考文獻(xiàn)】

[1]樊軍慶，張寶珍.溫度控制理論的發(fā)展概況[J].工業(yè)爐，2008，30（6）：12-15.

[2]劉百芬，呂濤.基于PIC單片機(jī)的溫度控制器[J].半導(dǎo)體技術(shù)，2008，33（9）：833-835.