淺談單片機(jī)在溫度監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用

一、前言

單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，在很多的電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測和溫度控制。隨著溫度控制器應(yīng)用范圍的日益廣泛和多樣，各種適用于不同場合的智能溫度控制器應(yīng)運(yùn)而生。單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)日益更新。在實(shí)時檢測和自動控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個核心部件來使用，而51單片機(jī)是各單片機(jī)種最為典型和最有代表性的一種。

二、溫度監(jiān)控的經(jīng)典方案

溫度監(jiān)控系統(tǒng)是比較常見和典型的過程控制系統(tǒng)。溫度是生產(chǎn)生活過程中重要的被控參數(shù)之一，當(dāng)今計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在這方面的應(yīng)用，已使溫度控制系統(tǒng)達(dá)到自動化、智能化，比過去單純采用電子線路進(jìn)行PID調(diào)節(jié)的控制效果要好得多，可控性方面也有了很大的提高。

經(jīng)典方案的是一種以STC89C51單片機(jī)為主控制單元，以DS18B20為溫度傳感器的溫度控制報(bào)警系統(tǒng)。該監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時存儲相關(guān)的溫度數(shù)據(jù)。其主要包括：電源電路、溫度采集電路、按鍵處理電路、LCD顯示電路、報(bào)警電路以及單片機(jī)基本電路。圖1為設(shè)計(jì)框架圖。

系統(tǒng)的軟件主要是采用嵌入式的C語言，對單片機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各種功能，當(dāng)然也可以采用匯編語言，但程序設(shè)計(jì)較麻煩。主程序?qū)δK進(jìn)行初始化，而后調(diào)用讀溫度、處理溫度、顯示、鍵盤，報(bào)警等模塊。查詢方式一般為循環(huán)查詢方式，來顯示和調(diào)節(jié)溫度，主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當(dāng)前溫度值并負(fù)責(zé)調(diào)用各子程序，其程序流程如圖2。

三、溫度監(jiān)控方案擴(kuò)展

從第二章的軟件流程圖可以看出，單片機(jī)在溫度監(jiān)控領(lǐng)域起到了主控中心的作用。首先，溫度傳感器采集終端采集的數(shù)據(jù)需要經(jīng)過單片機(jī)的處理和判斷，其次片上系統(tǒng)根據(jù)軟件設(shè)定程序發(fā)送控制命令給系統(tǒng)執(zhí)行模塊，傳統(tǒng)的執(zhí)行模塊包括顯示模塊、報(bào)警模塊、GSM短信模塊和繼電控制模塊等。顯示模塊一般是為了實(shí)時顯示被測物的溫度數(shù)據(jù)；報(bào)警終端的執(zhí)行需要在單片機(jī)片內(nèi)程序中預(yù)設(shè)報(bào)警閥值，當(dāng)傳感器終端采集的數(shù)據(jù)超過閥值時，單片機(jī)則發(fā)送控制命令給報(bào)警模塊；GSM短信模塊是單片機(jī)單機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展，GSM短信模塊可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)數(shù)據(jù)信息與判斷信息的遠(yuǎn)程傳送，供使用者及時做出相應(yīng)處理措施。

繼電控制模塊不同于以上三類模塊，上述模塊實(shí)現(xiàn)的是溫度的監(jiān)測功能，而繼電控制模塊則是在單片機(jī)的判斷的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的控制功能實(shí)現(xiàn)模塊。

在上圖所示的恒溫控制系統(tǒng)中，單片機(jī)程序預(yù)設(shè)了恒溫控制的變量函數(shù)，通過外圍鍵盤電路可以設(shè)定恒溫控制值，系統(tǒng)采用熱敏電阻作為溫度傳感電路的核心器件，通過單片的數(shù)據(jù)處理和判斷，實(shí)現(xiàn)溫度的顯示和溫度繼電控制模塊的命令執(zhí)行，具體流程如圖3所示。

溫度是生產(chǎn)生活中一個重要的被控參數(shù)，單片機(jī)溫度監(jiān)控的經(jīng)典方案使用MCS-51系列的微型控制器作為主控芯片進(jìn)行控制，單片機(jī)具有集成度高，通用性好，功能強(qiáng)，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字、智能化方面有廣泛的用途。

指導(dǎo)老師：吳其洲，男，副教授，碩士，中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院，研究方向：自動控制。