多路溫度測控系統的設計

何家樂

關鍵詞：單片機應用;溫度測控系統;設計

引言

近幾年以來由于計算機技術的進步國外在溫度傳感器發展迅猛在此研究領域里取得了相當大的成就?，F代工藝要求對于實時溫度的監測和控制不斷增多，且需要達到的精度也越來越高。所以溫度控制系統得到越來越多的人的重視，應用范圍也持續的增加。溫度控制由于不同的生產情況和工藝要求有著各種各樣的要求，因此對溫度的控制采用的方式也要根據實際情況而采取不同的方式。溫度控制的燃料有煤氣、天然氣、電等，像加熱爐等溫度控制工藝主要應用于機械、化工等方面。以達到對溫度的比較、控制。單片機發展迅速，尤其是現在對溫度控制的要求越的來越精密，單片機進行溫度控制的質量要求越來越高。由于生產工藝和設計能力的不斷提高，單片機也在向著更高集成化、更多位多功能，更強化處理控制問題的能力、更快的運算速度、更低的成本，更少的功耗、更兼容開發和更加完美的的軟件固有化的方向發展。

一、總體方案設計

（一）方案比較

對同一種目的的實現，可以用不同的方案，而根據要求提供的測溫器件主要有熱電偶、熱電阻、DS18820等，由這三種不同的測溫器件，可構成三種不同的測溫方法，下面就著重介紹以下三種方案對同一目的的實現方法。并比較三種方案的優劣。

1.方案一

方案一的原理簡述：該方案的各部分電源均由總電源供電，溫度傳感器為熱電偶，熱電偶的熱端感受被測物體溫度t，產生相應的熱電勢e。熱電勢e與熱端溫度t成單值函數關系，用模數轉換器ADC將熱電勢轉化為數字量，按照熱電勢與溫度的函數關系將該數字量轉換為對應溫度值，經譯碼顯示電路顯示在數碼管上，從而實現數字溫度計的功能。

2.方案二

方案二的原理簡述：選擇DB18820作為本系統的溫度傳感器，選擇單片機為測控系統的核心來完成數據采集、處理、顯示、報警等功能。這里通過按鍵選擇要測量的單個DS18820的溫度，DS18820在采集到輸出溫度后將溫度值轉化為數字信號并儲存在儲存器中。便于單片機處理及控制，省去傳統的測溫方法的很多外圍電路，省略了采樣、保持電路、運放、數模轉換電路以及進行長距離傳輸時的串并轉換電路，簡化了電路，縮短了系統的工作時間，降低了系統的硬件成本。當LCD1602液晶顯示屏接收到來自單片機傳送來的溫度信息后，分別顯示當前的溫度;若采集的溫度超過高溫報警值或低于低溫報警值則產生報警。

本設計運用主從分布式思想，由一臺上位機，單片機多點溫度數據采集，組成兩級分布式多點溫度測量的巡回檢測系統。該系統采用RS-232串行通訊標準，通過上位機單片機進行現場溫度采集。溫度值既可以送回主控上位進行數據處理，由顯示器顯示。也可以由下位機單獨工作，實時顯示當前各點的溫度值，對各點進行控制。

3.方案三

原理框圖如圖3所示：

方案三的原理簡述：該方案的各部分電源均由總電源供電，溫度傳感器為熱電阻，電阻的阻值隨溫度的增加而增加，測量出電阻的值，用模數轉換器ADC將電阻值轉化為數字量，按照熱電阻與溫度的函數關系將該數字量轉換為對應溫度值，經譯碼顯示電路顯示在數碼管上，從而實現數字溫度計的功能。

二、方案論證

以上三種方案都是可行的，第一種方案的優點是由純硬件電路構成，不涉及軟件編程，但是由于熱電勢與溫度之間的函數關系較復雜，利用硬件電路完成其轉化較復雜，設計該電路難度較大且電路將比較龐大。第二種方案的難點主要是單片機程序編制，但其硬件電路相對簡單，借助于微控制器的強大功能可使設計周期縮短，測量精度高，且易于擴展功能，增強了電路對各種工作要求的適應性。第三種方案的優點是由純硬件電路構成，不涉及軟件編程，但是熱電阻是易耗品，成本較高且使用麻煩。

三、方案選擇

考慮到電路的靈活性和適用性及本次課程設計的要求，經過上面三個方案的分析，第二個方案的可行性高，所以我們選擇第二個方案做為本次的設計方案。在第二個方案中，數字式溫度傳感器DS18820和單片機起著主導作用，單片機控制傳感器測溫并將其傳回的數據進行處理、分析，通過改變程序，還可改變測量精度及電路的功能，因而可實現本次設計的要求。

四、總結

隨著時代科技的迅猛發展，微電子學和計算機等現代電子技術的成就給傳統的電子測量與儀器帶來了巨大的沖擊和革命性的影響。常規的測試儀器儀表和控制裝置被更先進的智能儀器所取代，使得傳統的電子測量儀器在遠離、功能、精度及自動化水平定方面發生了巨大變化，并相應的出現了各種各樣的智能儀器控制系統，使得科學實驗和應用工程的自動化程度得以顯著提高。

溫度測量控制系統在工業、農業及人們的日常生活中扮演著一個越來越重要的角色，它對人們的生活具有很大的影響，所以溫度采集控制系統的設計與研究有十分重要的意義。如果用人工進行溫濕度測量的話，不僅費時費力，而且效率低，且測試的溫度及濕度誤差都比較大。因此我們需要一種造價低廉，使用方便且測量準確的溫濕度檢測系統。