單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

唐媛紅 章芳芳

[摘要]在人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活中，溫度是一個(gè)重要的測(cè)量參數(shù)，很多溫度控制系統(tǒng)已經(jīng)普遍應(yīng)用于各種場(chǎng)合。目前，溫度控制系統(tǒng)在溫度控制的精度、控制效率等方面還存在一些問(wèn)題，急需加以完善。而單片機(jī)具有控制簡(jiǎn)單、使用方便、靈活性高等特點(diǎn)，運(yùn)用到溫度控制系統(tǒng)中，可以有效提高溫度控制系統(tǒng)的性能。本文對(duì)單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路、軟硬件開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)等方面問(wèn)題進(jìn)行了分析。

[關(guān)鍵詞]單片機(jī);溫度控制;系統(tǒng)設(shè)計(jì);溫度檢測(cè)

溫度控制系統(tǒng)被普遍用于社會(huì)生產(chǎn)生活的控制系統(tǒng)中，單片機(jī)是溫度控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中需要用到的一種芯片。根據(jù)單片機(jī)技術(shù)發(fā)展情況，可將其分為ARM單片機(jī)、AT89S51單片機(jī)和AT89C51單片機(jī)等幾種類型，這幾種單片機(jī)受到外界廣泛關(guān)注并開(kāi)始逐步運(yùn)用于實(shí)踐當(dāng)中。本文將AT89C51單片機(jī)作為研究對(duì)象，在此基礎(chǔ)上對(duì)溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以期進(jìn)一步提升單片機(jī)溫度控制的精度。

一、單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路

單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)主要由溫度檢測(cè)、主機(jī)、控制執(zhí)行三大部分組成，在具體操作中，這三大部分相互配合、協(xié)作，確保整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。溫度檢測(cè)部分主要是對(duì)檢測(cè)對(duì)象的溫度值進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并傳輸給主機(jī)，主機(jī)做出相應(yīng)的處理命令，然后由控制執(zhí)行部分進(jìn)行反饋和執(zhí)行，這就是單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的全過(guò)程。

在單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要注意幾個(gè)方面的問(wèn)題。當(dāng)溫度檢測(cè)裝置將檢測(cè)信息傳輸至主機(jī)時(shí)，主機(jī)需要利用對(duì)比分析系統(tǒng)，將檢測(cè)信息同系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度信息進(jìn)行對(duì)比，假如不一致，那么就要對(duì)實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，并發(fā)出控制指令，控制執(zhí)行部分就可以對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。通常情況下，為了方便使用，溫度控制系統(tǒng)的主機(jī)上需安裝顯示電路、輸入鍵盤(pán)、報(bào)警器等裝置，如果實(shí)時(shí)溫度超過(guò)預(yù)設(shè)溫度，報(bào)警器就可以發(fā)出警報(bào)提醒，這就是一個(gè)完整的單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)需要具備的功能。

單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)最主要的作用就是對(duì)實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。也就是說(shuō)，系統(tǒng)不僅可以對(duì)溫度值進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，還可以對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。具體設(shè)計(jì)原理可見(jiàn)圖1。

二、單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)硬件開(kāi)發(fā)

（一）單片機(jī)的選擇

在單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心組成部分，本人對(duì)常見(jiàn)的單片機(jī)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，AT89C51單片機(jī)在溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中是比較適合的，其功能全面，屬于一種只讀存儲(chǔ)器，還具備4k字節(jié)閃爍功能，還可以進(jìn)行編程、擦除等操作，穩(wěn)定性佳，功耗低，這些優(yōu)勢(shì)讓它能夠在眾多的單片機(jī)中脫穎而出，成為實(shí)際運(yùn)用率較高的單片機(jī)產(chǎn)品。另外，AT89C51單片機(jī)擁有CMOS8位處理器，可以同各種類型的指令相互兼容。AT89C51單片機(jī)外部還連接有鍵盤(pán)及顯示接口電路，可以通過(guò)LED顯示屏顯示溫度實(shí)時(shí)變化數(shù)據(jù)。

（二）溫度檢測(cè)器件的選擇

在單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇合適的溫度檢測(cè)器件非常重要。在對(duì)單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要運(yùn)用到兩種溫度檢測(cè)器件，分別是XTR101和變換器RCV420。XTR101具有精度高、低漂移等優(yōu)點(diǎn)，既可以在惡劣環(huán)境中實(shí)現(xiàn)微小信號(hào)的傳輸，還可以把微小信號(hào)進(jìn)行放大，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的成功傳輸。另外，還要運(yùn)用到變換器RCV420，它可以把XTR101中的4-20mA信號(hào)轉(zhuǎn)換成o-5v電壓輸出信號(hào)，方便系統(tǒng)對(duì)傳輸信號(hào)的處理，降低系統(tǒng)制造成本，方便系統(tǒng)的維護(hù)與后期開(kāi)發(fā)。這兩種溫度檢測(cè)器件的運(yùn)用，進(jìn)一步提升了單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)采集信息、傳輸信息的精度。

（三）系統(tǒng)的溫度控制設(shè)計(jì)

單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)前端的溫度檢測(cè)部分非常重要，后端的溫度控制也非常關(guān)鍵，只有幾個(gè)部分相互協(xié)調(diào)配合，才能確保整個(gè)溫度控制系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)系統(tǒng)的溫度控制部分進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要把系統(tǒng)采集到的實(shí)時(shí)溫度值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和放大，把采集好的信息存儲(chǔ)到單片機(jī)上，這時(shí)LED顯示屏就會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，可以對(duì)溫度值進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。在進(jìn)行信息對(duì)比分析過(guò)程中，AT89C51單片機(jī)就會(huì)利用PID算法對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，如果結(jié)果出現(xiàn)偏離，單片機(jī)就會(huì)輸出指令，溫度控制、執(zhí)行系統(tǒng)就會(huì)對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行降溫或者升溫處理。

三、單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)

除了硬件的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)，溫度控制系統(tǒng)還需要對(duì)軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)。在對(duì)溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及組裝完成之后，就要對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，這樣才能讓系統(tǒng)正常運(yùn)行。在系統(tǒng)運(yùn)行之前，需要檢查和判斷復(fù)位鍵是否被按下，假如被按下，就需要設(shè)計(jì)人員對(duì)溫度控制系統(tǒng)的單片機(jī)和外部接口進(jìn)行初始化處理。初始化處理的內(nèi)容主要有：對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、鍵盤(pán)掃描、溫度檢測(cè)、信息采集等，然后系統(tǒng)就會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，利用PID算法對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)根據(jù)處理結(jié)果控制輸出指令，LED顯示屏上也會(huì)出現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度值。在軟件編程過(guò)程中，通過(guò)C語(yǔ)言可以達(dá)到預(yù)期效果。在系統(tǒng)運(yùn)行以前，一定要進(jìn)行調(diào)試，確定滿足了預(yù)定功能要求，才能正式投入使用。

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