劉瑩

摘要：該文采用51單片微型計算機作為樣本，以實現(xiàn)對溫度的控制，51單片微型計算機不僅組態(tài)簡單，更具有良好的靈活性。此外，51單片微型計算機還能夠提高其控制指標。在闡述溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計基礎(chǔ)上，該文討論了單片控制中的應用，并在最后提出溫度控制的合理性。

關(guān)鍵詞：單片機；控制系統(tǒng)；設(shè)計

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）09-2098-02

近年來，溫度的測量已經(jīng)越來越重要，在實際測量中，如何保證快速的測量，并確保數(shù)據(jù)傳輸中的正確性，對所有的溫度進行控制，是當前溫度控制的重要問題之一。在具體的應用之中，單片機的溫度控制是經(jīng)常被用到的，不僅是因為單片機具有控制方便的原因，另一方面還是因為單片機能夠有效的滿足產(chǎn)被控溫度的指標。因此，基于單片機的溫度控制有著良好的前景。

1 單片機的背景

所謂單片機，就是單片微型計算機的意思。單片微型計算機是一種集cpu、rom等多種系統(tǒng)于一體的期間，單片微型計算機擁有體積小、功能強大、便于控制等多個特點，在現(xiàn)代工業(yè)中可以得到良好的應用。

單片機是隨著超大規(guī)模集成電路產(chǎn)生的，由于他的諸多特點，能夠有效改善勞動條件，并防止產(chǎn)生事故，能夠帶來更高的經(jīng)濟效益。因此，基于單片微型計算機的溫度控制已經(jīng)得到了國內(nèi)外的重視，并受到了廣泛的關(guān)注。

2 如何實現(xiàn)溫度控制

2.1采用純硬件閉環(huán)控制系統(tǒng)

純硬件閉環(huán)控制系統(tǒng)擁有速度快的特點，但其可靠性和控制精度都比較低。此外，純硬件閉環(huán)控制系統(tǒng)安裝不便，線路復雜，要實現(xiàn)題目的要求難度比較大。

2.2 FPGA/CPLD或采用帶有IP內(nèi)核的FPGA/CPLD的方式

這種方式的重點在于，采用FPGA/CPLD的方式，進行采集、顯示等功能。有點在于其結(jié)構(gòu)緊湊，可以實現(xiàn)復雜的控制，此外操作方便。但FPGA/CPLD成本比較高，且調(diào)試復雜。

2.3單片微型計算機以及高精度溫度傳感器結(jié)合的方式

首先采用單片微型計算機來完成控制系統(tǒng)以及信號分析，隨后采利用搞極端的溫度傳感器來完成信號的采集。利用單片微型計和高精度溫度傳感器結(jié)合的方式，能夠有效的避免前兩種方法的缺點。因此，該文采用單片微型計算機進行對溫度的控制。

3 單片機的選擇與系統(tǒng)框架

3.1單片微型計算機的選型

單片微型計算機的選擇是非常重要的，為了要滿足大內(nèi)存、價格便宜的要求，該文采用51單片機作為主要的控制芯片。1）具有4KB的芯片可變成Flash存儲器128字節(jié)內(nèi)科隨機讀寫存儲器；2）指令集和51單片機可以與Intle公司實現(xiàn)兼容；3）時鐘的頻率應該打到0～33MHz；4）包含32個輸入引導以及2個計數(shù)器，此外還應有2個數(shù)據(jù)指針；5）含有6個2級優(yōu)先級，另外還應有6個中斷源；6）具有先進的通信接口。

3.2傳感器選擇

傳感器選擇系統(tǒng)要應用DALLAS公司生產(chǎn)的傳感器DS18B20采集數(shù)據(jù)，DS18B20是新一代的智能溫度傳感器，在多種領(lǐng)域的溫度測量、測控系統(tǒng)中有廣泛的應用。DS18B20職能溫度傳感器的特點在于其體積小巧，并且方便接口，此外還具有傳輸距離遠等多種特點。

3.3系統(tǒng)框架

系統(tǒng)的主要框架應包括才單片微型計算機控制模塊、單片微型計算機顯示模塊、采集模塊等5個部分。其中，數(shù)據(jù)采集模塊要做實時采集數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)及時傳送到單片微型計算機的顯示部分以顯示。而設(shè)置模塊應預先設(shè)定溫度，當溫度過低時單片微型計算機會報出報警聲；而當溫度過高時，則會停止加熱。

4 基于單片機的溫度控制原理

作為測量溫度的主要載體，傳感器能夠把經(jīng)過自身的溫度放大到電路，轉(zhuǎn)換為電壓信號放大到單片機的可控范圍之內(nèi)，然后通過轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，隨后，通過軟件將屬下自信號輸入到主機中。在使用單片微型計算機采集信號的時候，為了提高準確度，要在采集時進行數(shù)字濾波。與此同時，經(jīng)過數(shù)字濾波，信號會轉(zhuǎn)換成相應的標度，將得到的指數(shù)顯示出來。除此之外，還可以將得到的數(shù)值與設(shè)定的數(shù)值進行比對，然后按照PID控制算法計算偏差，并由此得出最后的控制量。隨后，通過數(shù)值來確定導通的時間，從而達到調(diào)節(jié)溫度的目的。

在溫度控制的環(huán)節(jié)，其初衷是為了讓單片微型計算機對溫度進行有效的控制，以解決溫度控制的難題。面對這種情況，運用十進制來顯示溫度，有利于人們簡單的對溫度進行控制。當然，這還需要鍵盤提前輸入控制范圍，這樣能夠讓溫度控制滿足需要。當實際溫度不在規(guī)定范圍內(nèi)的時候，系統(tǒng)會自動調(diào)節(jié)溫度，來保持穩(wěn)定的溫度，從而實現(xiàn)自動控制溫度。

5 單片微型計算機溫度控制系統(tǒng)的開發(fā)

5.1硬件電路的開發(fā)與應用

在硬件電路的開發(fā)中，經(jīng)常選用單片微型計算機做主機，然后配以兩路傳感器開關(guān)，結(jié)合其余多種設(shè)備，就可以達到設(shè)計要求，輕松實現(xiàn)對溫度的自動控制。當然，也可以根據(jù)實際需求，搭配鍵盤、顯示電路等設(shè)備，以用來更好的完善系統(tǒng)。

1）液晶顯示模塊設(shè)計：在現(xiàn)代化儀表中，常用的顯示設(shè)備有LED和LCD等。其中LED只能顯示數(shù)字無法顯示漢字，而LCD則可以靈活顯示漢字、數(shù)字和圖形，便于使用，隨著技術(shù)發(fā)展，LCD的成本也正在不斷降低。因此，現(xiàn)在的高檔儀表中已經(jīng)在廣泛使用LCD，是否擁有LCD輸出現(xiàn)在已經(jīng)成為了重要指標。由于LCD程序復雜，用傳統(tǒng)的語言編寫方法較難修改，因此應選擇C51來進行白那些程序，這樣便于修改，能夠達到多數(shù)應用的要求。

系統(tǒng)之中LED采取動態(tài)顯示，能夠提高性價比，并且能夠為數(shù)碼保證正常的工作電流，如果讓數(shù)據(jù)維持一段時間，也可以進行鎖存操作。

如果想要進一步提高工作效率，系統(tǒng)充分利用單片微型計算機中斷源，采用多種方式，只對鍵盤按鍵進行反應，并進入服務(wù)器程序進行處理。

2）聲光報警模塊設(shè)計：光報警采用2個LED作為器件，單片機的I/O能夠直接驅(qū)動LED。LED的特點是壽命長，且功效較低，適合作為報警器件。如果需求更大功率的報警器件，可以設(shè)計繼電器對白熾燈的控制。聲報警則用NPN型三級管完成，其構(gòu)造簡單，已經(jīng)在很多電路中實際應用，并且聲音洪亮，工作可靠。

3）串口通信模塊設(shè)計：系統(tǒng)通信要保障操作人員控制時，PC機能夠控制子程序?qū)⒖刂茀?shù)傳遞給通信程序，通信成熟按照各式組合數(shù)據(jù)，發(fā)送到緩沖區(qū)。這種心痛主要是為了實現(xiàn)單片機和PC機的串口通信，RS-422、RS-232等標準接口，為了保證通信，在選擇時要考慮通信速度等因素。

4）雙路操作切換設(shè)計：系統(tǒng)以轉(zhuǎn)換器的輸出電壓經(jīng)過集成后的輸出電壓為輸出，雙路選擇一般而言有兩個用途，一是與系統(tǒng)構(gòu)成通路，而是當溫度超出預先設(shè)定的溫度范圍時，可以一場控制，只要通過調(diào)節(jié)電阻器就可以人為控制，為了防止開關(guān)轉(zhuǎn)換時電壓引起波動，應引入穩(wěn)壓二級電路。

5.2軟件的開發(fā)的應用

系統(tǒng)軟件主要以C語言為主，對單片微型計算機實現(xiàn)各種功能。主程序?qū)δK進行初始化，然后調(diào)用顯示、讀溫度等模塊。用循環(huán)的方式顯示溫度，其主要功能是負責顯示溫度，并負責調(diào)用各個子程序。

此后，熱點測量的溫度會轉(zhuǎn)化為數(shù)字，在經(jīng)過P11：3傳送到單片微型計算機內(nèi)。然后開始發(fā)揮作用，對測量的溫度進行采樣，并統(tǒng)一將溫度與預先設(shè)定的溫度進行比對。根據(jù)不同的結(jié)果，系統(tǒng)會自動調(diào)節(jié)。如果實際溫度與設(shè)定溫度存在差異較大，系統(tǒng)則會自動截斷，或者通過輸出指令達到修正偏差的目的；如果采集到的溫度在設(shè)定的分安慰之內(nèi)，那么就會按照原先設(shè)定的溫度開啟恢復功能。

5.3溫度檢測的開發(fā)與應用

熱電偶傳感器是經(jīng)常用到的傳感器。這種傳感器質(zhì)優(yōu)價廉，并且精度很高，與其他傳感器相比，整體結(jié)構(gòu)較為簡單，但測量范圍較廣，且反應較快。但是，目前其所輸出的信號比較脆弱，只能識別幾毫伏到幾十毫伏的電壓，因此，一般在進行轉(zhuǎn)換的時候，首先要對信號進行處理，然后通過放大倍數(shù)的電路來得意實現(xiàn)。一般情況下，運用熱電偶調(diào)理模板來實現(xiàn)這項工作，是簡單操作的途徑。

此外，在熱點偶傳感器的時候也可以采用冷不長的方法，也就是說，熱電偶的問不讀不在0℃的時候，其所輸出電勢會逐漸0℃。因此，這時要采取補償?shù)拇胧﹣砑m正，以解決其他情況來修正處理，從而保證不變的溫度。

6 結(jié)束語

基于單片微型計算機的溫度控制在當前生產(chǎn)中非常使用，不僅可以實現(xiàn)對溫度的控制，還能夠根據(jù)設(shè)定的數(shù)值來調(diào)節(jié)溫度。這種系統(tǒng)成本較低，精度較高，擁有可以擴展性的特點，可以方便使用者，提升生產(chǎn)效率，具有較好的應用前景。

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