以單片機為基礎的溫度控制系統研究

楊大春

廣東松山職業技術學院，廣東　韶關　512126

以單片機為基礎的溫度控制系統研究

楊大春* 1

廣東松山職業技術學院，廣東韶關512126

摘要：近些年來，利用單片機對溫度進行控制技術已經在工業領域得到了廣泛應用，其在工業領域的使用價值越來越高。單片機具有結構簡單、操作容易等特點。在現代集成工業的控制系統中的應用越來越廣泛，甚至已經逐步發展成為控制系統中最為重要的組成部分。單片機能夠實現精準的控制溫度，極大的增加了人們對溫度的操作能力和控制能力。

關鍵詞：溫度控制系統；單片機；溫度控制

一、緒論

在日常工業設計中，對電機控制的研究一直很活躍。這是因為電機控制系統在各個領域都有應用。以往傳統的電機控制系統中控制系統的升級存在很多問題，主要原因在于，在溫度控制過程中，控制系統會消耗大量的電子器。這就導致在更改控制系統方案的時候還必須重新進行電路的設計，使用不方便。與此相反，單片機的電機控制系統沒有那么復雜，這是由于單片機控制系統是軟件控制電機，完全克服了傳統電機控制系統的種種麻煩。正因如此，單片機控制系統受到了廣大機械研究人員的喜愛，由此可見，單片機應用領域的廣泛性和美好的發展前景。[1]無論是從當前智能家居、智能化產品等方面的應用，還是從單片機的發展歷史來看，都說明了這一點。因此，我們研究單片機的電機溫度控制系統對于工業的發展和國家的繁榮都有著十分重要的意義。

二、單片機及控制系統

眾所周知，不同的單片機在控制系統中往往發揮著不同的作用，因此，我們可以根據作用的不同來對控制系統進行劃分，常見的控制系統類型為電機控制系統、基于單片機的控制系統等等。電機控制系統主要由四部分構成，這四部分分別是脈沖控制器、環形分配器以及驅動電路和電機。電機控制系統主要通過脈沖控制器將信號發布出去，并通過環形分配器實現對信息的合理分配，從而進一步提高電機運作的功率。單片機控制系統主要有四個部分構成，其中包含單片機系統、驅動系統等。單片機控制系統主要是將軟件和硬件有機結合在一起，并以此為有效途徑進一步提升單片機的最佳控制。與其他零件不同，單片機在控制系統中具有獨特的功能，在設計過程中可以從實際情況出發增加外圍線路。將單片機同溫度控制系統有機結合在一起，可以實現控制系統的諸多優點，對于那些比較復雜的控制過程，實現單片機外圍電容鍵盤電路的有機結合，進一步提升交互性能。將單片機應用到數字控制系統中，有利于進一步提高控制系統的精準度，且不會產生零點飄移的現象，可謂是一舉多得。近些年來，電子技術發展迅猛，企業以及社會對電控系統的要求也逐步提高，為了滿足這些要求，科研人員研制出了一單片機為基礎的溫度控制系統，這種控制系統增加了高速轉換器、輸出端等部分，極大的提高了單片機的速度，并在此基礎上實現了系統跟蹤。

三、以單片機為基礎的溫度控制系統的功能及工作原理

(一)功能

作為溫度控制系統中最為重要、最為基礎的核心元器件，以單片機為基礎的溫度控制系統的產生實現了產品生產過程中的全方位溫度控制。如果深入的分析以單片機為基礎的溫度控制系統，就會得出這樣的結論，該系統的主要功能是實現對溫度的科學、有效、精準的檢測，并將所得結果通過一定的形式傳遞給數據監控人員。除此之外，該系統還具有一定的自主性，它能夠根據溫度情況，實現對溫度的自動調整，極大地提高了溫度調整的針對性。如果控制系統發現實際溫度與所需求的溫度存在一定差距，則會自動調節，保證產品生產過程的溫度控制，實現產品質量保障。[2]

(二)原理

傳感器在捕捉溫度信息方面具有非常重要的意義。以單片機為基礎的溫度控制系統是運用傳感器來實現電壓信號的轉換，并在此基礎上無限放大電壓信號，這樣就可以將溫度控制在一定的范圍內。通常情況下，經過數字濾波之后，信號的標度就會發生轉換，并將溫度檢測信號顯示出來。不僅如此，其還可以實現實際檢測的溫度同設定好的溫度進行比較，從而得出控制量的數值，實現輸出。在輸出數值的過程中，以單片機為基礎的溫度控制系統會優化導通的時間和加熱的功率。[3]在設計以單片機為基礎的溫度控制系統的過程中，我們要著重關注單片機的質量，因為單片機是整個溫度控制系統的重要組成部分，它可以實現對溫度的實時監測，并根據實際情況對監測結果進行科學有效的控制，如果將這一系統應用到工業生產以及我們日常的生活中，我們就可以實現對整個溫度的有效控制，并進一步提高溫度控制方面的精確度，確保整個應用系統的穩定性、可靠性以及靈活性。

四、以單片機為基礎的溫度控制系統的溫度檢測方法

根據標準的不同，我們以單片機為基礎的溫度控制系統的溫度檢測方法也存在較大的差異，因此，依據溫度控制標準的不同我們可以將以單片機為基礎的溫度控制系統劃分為不同的類型。依據敏感元件與被測介質之間的關系可以將溫度控制系統分為兩大類：接觸式和非接觸式溫度檢測方法。這兩種方法并不是完全孤立存在，它們是存在一定的共有區間。前者的主要設計原理是熱脹冷縮原理，而后者所利用的原理則是熱輻射特性與溫度之間的對應關系原理。在日常的生產生活過程中，我們常用的溫度檢測方法就是利用半導體模擬溫度傳感器。這種方式能夠將所測量的溫度信息根據一定的方式轉換為電流或轉換為電壓，并將信息傳輸出去。由上述內容可知傳感器輸出的電流或電壓與溫度之間并不是兩個獨立的個體，而是存在著線性關系。這種測量方法能夠實現電壓與電流和測量溫度之間的相互轉換，使溫度呈現出可視化的特點，進一步放大了采樣信息的特征。[4]

除了上述方式以外，還有一種有效的測量方式，也就是熱電偶測量方式。與半導體模擬溫度傳感器測量方式相比，該種測量方法并不是特別強大，但是如果將這種方法應用到具體實踐中，可以有效彌補半導體模擬溫度傳感器測量法的不足，進一步提高測量溫度的準確性。但應當注意的是，這種測量方式相對比較復雜，測量時間比較長。不僅如此，在應用熱電偶測量溫度的過程中要使用電路，且受外界因素影響較大，很容易導致測量結果與實際結果存在誤差，給使用者帶來不必要的麻煩。基于單片機的溫度控制系統增加了一定數量的外部接口，能夠滿足溫度控制系統的需求，并根據實際環境，定期或不定期的對物質溫度進行檢測。一旦，檢測的溫度與標準溫度存在差距，溫度控制系統就會發出警報，并做好相關的提醒記錄，為工作人員的查詢提供方便。[5]

五、以單片機為基礎的溫度控制系統的硬件和軟件組成部分

(一)以單片機為基礎的溫度控制系統中的硬件部分

以單片機為基礎的溫度控制系統只有具備了中央處理器、控制部件、溫度檢測部件、模數轉換部件才能夠實現對溫度的有效控制。這些部件當中最重要的、最基礎的部件則是眾所周知的溫度測量部件。通常情況下，熱敏電阻是我們在測量溫度變化時采取的有效措施，它能夠實現對溫度的精確感應，從而幫助工作人員實現對溫度的有效控制。溫度測量部分的設計思路包括：首先，應當充分發揮溫度傳感器的作用，實現與環境和物體溫度的有效采集。其次，將采集到的模擬信號通過轉換器轉換成數字信號。[6]再次，將轉換完城的數字信號傳遞給單片機，從而實現溫度的顯示。這里的顯示部分通常是指數碼管等。最后，單片機依據所得到的信息，實現對溫度的調節和控制。以加熱爐溫度控制為例進行系統的闡述。加熱爐的主機部分為89C52芯片，該芯片是單片機溫度控制的核心。之所以選擇89C52芯片的主要目的是因為其能夠滿足以單片機為基礎的溫度控制系統對溫度控制的需求。加熱爐溫度控制系統中溫度檢測部分主要由三部分構成，分別是溫度傳感器、電傳感器以及A/D轉換器等。其中，根據系統要求的不同，我們所采用的電傳感器以及溫度傳感器也不同。造成這種現象的主要原因在于熱敏電阻所能工作的范圍是有局限性的，并不是無所不能的。由于熱電偶的結構相對簡單，且其測量范圍非常廣泛等原因，即使在那些溫度非常高的場所我們都可以實現高精準度的測量，正是這個原因，所以熱電偶成為了我們首選的電傳感器。[7]充分利用熱電偶可以實現溫度信號向電信號的轉變，并以放大濾波等形式實現A/D轉換。溫度控制部分所應用的可控硅調節器能夠科學合理的控制電爐的溫度。這種方式有其自身的優勢，它能夠實現雙向可控硅同電爐加熱電阻絲之間的有效連接，對于提高溫度控制系統的適應性來說具有非常重要的意義。溫度控制系統中的單片機輸出端口可以經過光耦合和驅動電路將控制信號輸送出去，實現可控硅的有效控制，這種做法有利于進一步加強溫度控制器的穩定性，從而有效避免干擾。不僅如此，還能夠實現對控制信號的變換進行控制以及可控硅狀態的有效控制。為了進一步提高以單片機為基礎的溫度控制系統工作效率，在設計加熱爐溫度控制系統的過程中，我們還賦予其控制系統人機交換功能，人機交換功能主要由三個部分組成，分別為輸入鍵盤、LED顯示、超范圍報警燈等。鍵盤的主要作用是為了輸入溫度控制信號，并保障溫度控制系統維持恒定的溫度。LED顯示部分能夠與單片機聯系在一起，既能夠將單片機輸出的信號接收進來，還能夠將信號顯示出來，有利于操作人員實現溫度的控制。報警部分同蜂鳴器連接在一起，一旦溫度控制系統的溫度檢測過高或是過低，單片機就會發出報警信號，通過蜂鳴器實現報警，以保證溫度的穩定性。為了滿足系統的要求，加熱爐溫度控制系統還添加了時鐘電路，實現對周期、PLD控制算法的控制。[8]

(二)以單片機為基礎的溫度控制系統中的軟件部分

首先，溫度控制系統在上電之后的所有工作流程。以單片機為基礎的溫度控制系統會在上電后發出相應。在響應的過程中，鍵盤器會自動啟動啟動鍵。與此同時，鍵盤會預先設置相應的溫度，并隨后啟動系統，在此基礎上，以事先預定的工作方式實現對溫度的有效檢測。這一過程中，判斷電爐的溫度是否需要調節。如果溫度信號所顯示的溫度與預設溫度相比差距較大，則會自動調節溫度，使其能夠符合溫度設定。不僅如此，LED還能夠將溫度控制系統所采集的溫度顯現出來，從而達到對溫度進行實時監控和控制。

其次，資源分配：如下表：

地址位地址位50H-51H地址位52H-53H地址位54H-56H地址位59H-7FH系統思想用來檢測溫度用來存儲預設溫度采用BCD碼顯示緩沖區報警標志位為PSW.5位,F0為0時表示禁止報警,F0為1時表示允許報警。

最后，軟件設計。想要實現主程序功能就必須實現中斷，各中斷為相應的功能模塊。初始化結束后，系統會馬上設置預設溫度，并實現定時器0的設置。之所以設置定時器0，主要原因在于產生中斷。根據相關調查顯示，我們可以從系統的實際情況出發，對中斷方式以及間隔進行科學有效的設置。通常溫度控制系統的設定中斷時間相對較短，僅為5秒。因此，必須實現精準的編程計數，來達到對5秒的定時采樣。

總而言之，以單片機為基礎的溫度控制系統對于進一步提高溫度控制系統的穩定性、精準度來說，具有非常重要的作用。因此，我們應當對其予以高度的重視，采取多種方法、多管齊下，多策并舉，將單片機同溫度控制系統有機結合在一起，從而確保生產生活中各種溫度的平穩。

[參考文獻]

[1]張林.微波加熱器溫度自動控制系統的研究與設計[D].電子科技大學，2008.

[2]徐繼濤.發動機冷卻系的智能控制系統研究[D].大連理工大學，2006.

[3]劉秀紅.基于模糊PID控制的電阻爐爐溫系統的研究[D].燕山大學，2004.

[4]魏廣芬.基于微熱板式氣體傳感器的混合氣體檢測及分析[D].大連理工大學，2006.

[5]黃非.基坑凍土擋墻強度及溫度測控系統的研究[D].吉林大學，2015.

[6]李村.注塑機料筒溫度控制設計與研究[D].昆明理工大學，2011.

[7]楊沉陳.基于AVR單片機農產品害蟲耐熱特性測試系統的研制[D].西北農林科技大學，2012.

[8]王靜靜.智能分布式工程機械自動潤滑系統設計[D].南京航空航天大學，2014.

*作者簡介：楊大春，女，研究生，廣東松山職業技術學院，控制理論與控制工程專業。

中圖分類號：TP273

文獻標識碼：A

文章編號：1006-0049-(2016)11-0216-02