基于單片機的溫度控制系統設計分析

文/劉益志

現如今，科技的不斷發展，對環境產生了極大的負擔，如大氣污染、水污染等問題變得十分嚴峻，勢必會對人們的實際生活構成威脅。新時期，為改善當前環境質量，應加強對溫度與濕度等的管控，從而營造更為舒適、和諧的生活環境，可為人們健康提供保障。為實現對溫度的管控，應重視溫度控制系統的規范化設計，全面了解單片機的運行原理，強化對各項參數的管控，從而提高溫度控制效果。

1 硬件設計

1.1 整體結構

結合系統功能分類，溫度控制系統的硬件主要分成單片機、主控模版、輸入通道、輸出通道與保護電路五部分，其中，單片機屬于溫度控制系統的主角與核心，利用單片機來對外部存儲器進行擴展，從而形成了一個主控模板。溫控箱主要扮演保護電路的角色，其主要是利用鉑電阻溫度傳感器來測量溫度，并將其轉化為電壓信號，利用A/D轉換器來對數字量工作進行轉換。在此基礎上，對數字量實施數字濾波處理，既可在顯示器上將溫控箱溫度顯示出來，運用控制算法計算之后，能結合溫度值數據來對溫控箱功率進行管控，從而實現對溫度的管控。

1.2 主控模板的設計

溫度控制系統中的主控模板主要是由單片機、復位、外部始終與存儲器擴展等電路所組成的，獨立的單片機內部的存儲器，其容量定不會滿足系統需求，在此種情況下應予以擴展。對存儲器進行擴展時，應注意將PO口作低8位地址線與數據總線，其中，P2口擔任高8位地址線，主要是由于PO口分時復用，要將高8位地址線利用地址鎖存器來進行鎖存處理。對于單片機而言，復位功能主要是由外部復位電路來執行，且復位電路連接方法呈現多樣化，如手動復位、上電復位等方式。時鐘電路屬于一種內部運行模式，其會在內部系統中產生高增益反相放大器，進而產生振蕩器，其和外接晶體諧振蕩器會產生相應的自激振蕩器，可獲取標準波特率。

1.3 輸入通道的設計

輸入通道主要包含A/D轉化器、溫度傳感器等電路，主要是借助溫度傳感器來將溫控箱溫度予以轉化，轉化成電量之后輸出去，這成為輸入通道的核心性作用。在此種模式下，電量單片機無法進行識別，此時，則需要借助A/D轉換器來予以轉換，可將模擬的電量轉變為數字值，以便單片機更好的控制和判斷。通常來講，溫度傳感器種類繁多，鑒于傳感器構成方法、測量原理與材料等的差異，溫度傳感器的測量精度與測量范圍會產生明顯差異，可見，必須要結合使用的實際用途來選擇合適的溫度傳感器。在溫度控制中，A/D轉化器是關鍵環節之一，其分辨率、應用價值、精度與轉換速度等都會對溫度控制器產生極大的影響，因此，在選擇A/D轉化器時，必須要考慮其轉換率、測量精度等因素。

1.4 輸出通道的設計

通常來講，輸出通道主要包含可控硅輸出與溫控箱功率調節模塊等電路。當前，溫度控制系統可介乎可控硅來對功率進行調節。其中，可控硅又可劃分為零位控制與相位控制，相位控制在調節電壓有效值上更為便捷，主要被應用在電爐與燈光上；而零位控制主要被應用到加熱器負載之中，既可調控溫度，也不會污染環境。可控硅又可分為單向可控硅與雙向可控硅，其主要扮演功率驅動器的角色，被應用到微機控制系統之中。

1.5 保護電路

保護電路主要是在溫控箱的溫度發生超標時予以保護，及時將傳感器測量數據和所提供的定值同電壓比較器進行比較之后，如若發生溫度超標現象，電壓比較器可將電源斷開，進而達到保護溫控箱的效果。

1.6 抗干擾處理

開展抗干擾處理時，硬件抗干擾屬于基礎模式，其主要從防與抗角度出發來開展抗干擾操作。而今，實施抗干擾處理時，主要是就干擾源進行消除或抑制處理，把系統耦合通道予以斷開。硬件的抗干擾設計處理，主要是采取接地、濾波與隔離等處理方式。

2 軟件設計

2.1 主程序模塊設計

所謂的主程序模塊包含上電之后的整體軟件框架結構與系統初始化性兩個部分。開展系統初始化處理時，應對串口、A/D芯片與單片機等模塊實施初始化處理，待到初始化完畢之后，科學設定溫度參數。設定完溫度之后，全面分析與判斷系統運行鍵的運行性能，等到按下運行鍵之后，應結合系統的實際需求來對各模塊功能予以調節，如數據處理、采集等功能，要求其實施循環控制，直到系統徹底停止之后。

2.2 數據采集模塊設計

此模塊主要是利用采集溫度信號來把模擬量在A/D轉換器下轉換成數字量，并向單片機提供。軟件工作之后，系統會將多個樣本進行連續性采集，經過系列轉換之后來判斷數字量是否達到標準，若未達到，應繼續循環運行直至徹底停止，并開展數字濾波處理。

2.3 數據處理模塊設計

在此模塊中，主要包含顯示處理與數字濾波等層面，其主要發揮A/D轉換之后的數字量處理工作，在此過程中，數字濾波扮演著重要的角色。通過轉換后，模擬信號會被單片機接受，對采集的樣本實施多次驗證，以求降低偏差值。實施多次采樣之后，運用軟件算法能大大提升最終值可靠度與精準度，主要應用數字濾波算法。

2.4 抗干擾設計

在軟件上的抗干擾設計上，應采取數字濾波器與按鍵消抖兩種抗感染處理方法。數字濾波器主要是將輸入的數據運用科學的運算法則轉換成另一組數據，并作濾波處理，其安全性強、可靠度高。而按鍵消抖則是以硬件電路、軟件來達到消抖的效果。

3 結束語

近些年來，我國信息技術、科學技術等都得到了質的發展，誕生了微信計算機，通過不斷的發展，產生了單片機。基于單片機的溫度控制系統，其可對環境溫度進行測量與顯示，可依照一定的溫度標準來進行調整，從而滿足溫度指標。新時期，溫度控制系統設計工作的實施，應從硬件設計與軟件設計兩個角度出發，進而提高設計質量，以確保溫度控制系統的高效運行。

參考文獻

[1]霍坤明.基于單片機的溫度控制系統設計[J].企業導報,2015(06):15+17.

[2]呂俊亞.一種基于單片機的溫度控制系統設計與實現[J].計算機仿真,2012,29(07):230-233.