基于单片机的温度控制系统的开发与应用

邵惠东

近年来，随着科技的进步和生活水平的提高，人们在生产和生活中对于温度控制的需求也越来越高。为了满足人们对于温度控制的需求，经过多年的探索和试验，兼具稳定性和可靠性的温度控制系统是目前运用最广泛的温度控制手段，其能确保生产产品所需要的温度，确保生产有秩序的进行。单片机作为温度控制系统的核心，能够通过实现相应的温度控制而提高系统性能。本文围绕单片机温度控制系统的有关问题进行了探讨，对单片机的基本概念和常见温度控制方法做了简单的介绍，重点讨论了单片机温控技术原理及其开发与应用。

【关键词】单片机 温度传感器 温度控制系统 检测与控制

在实际的生产和生活中，随着人们对生活品质的要求越来越高，温度控制系统需要解决重多关键问题，如如何实时采样、数据的及时快速传输以及对现场进行有效的温度控制等。单片机具有方便灵活、高性能的特点，能提高温控的技术指标、提高生产效率。因此，单片机温度控制系统在工业生产领域前景广阔。

1 单片机及背景简介

单片机是单片微型计算机的简称，其主要由CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统等多个部件组成，具有体积小、功能大、性价比高的特点，可实现对数字信息的处理。单片机具有节约能源、改善条件、提高指标的特点，因而越来越受到人们的关注，在现代工业控制领域的应用尤为广泛。

2 几种实现温控的方法

在温度传输数据的过程当中，存在很多因素会影响温度数据的保存，甚至影响温度数据的真实性和可靠性，因此，采取有效的相关措施保障温度数据传输的可靠是十分必要的。根据相关研究和温度控制情况来看，目前，按照温度控制的情况，可将温控方法分为：纯硬件闭环控制系统、FPGA/CPLD或采用IP内核的FPGA/CPLD温控方式以及单片机与高精度温度传感器相结合的方式。

其中，纯硬件闭环控制系统可高速运行，相比较而言能节约时间，但其并不能保证传输数据的可靠性，导致控制精确性不高，此外，该系统也不易安装调试，在安装和调试过程中易出现问题。

FPGA/CPLD或采用IP内核的FPGA/CPLD温控方式的系统结构较为紧凑，具有简单、易操作的特点，其主要缺点为调试过程复杂、应用成本偏低，相比较而言性价比较低。

单片机与高精度温度传感器相结合的方法指的是通过在单片机上建立人机界面的方式，对系统进行控制，还可以通过温度传感器对采集的数据进行转换。此种方法在实际中应用广泛，解决了前两种方法的不足，既能保证设备的运行速度又能保障数据传输的精确度，性价比较高，因此，该方法在实际应用中被广泛应用。

3 单片机的型号选择与系统框架

3.1 单片机型号的选择

在整个温控系统中，单片机的型号至关重要，要求所选择的单片机具有高性价比、高内存、运行速度快等特点。经过多次的实验认证，由ATMEL生产的AT89C51单片机拥有4k字节可编程闪速程序存储器，锁定三级程序存储器，内部数据存储器大，共有128×8位，具备上述所要求的条件，是构造温度控制系统的理想选择。

3.2 传感器的选择

在温度传感器的选择上，本文重点讨论采用数字温度传感器DS18B20，采用此传感器对温度数据进行采集。DS18B2可以适用3.0V到5.5V的电压，电压范围适用较广，也可以由数据线供给电源；通讯便利，单线接口即可实现双向通信；支持多点组网测温功能，多个DS18B20可并联在唯一的三线上进行温度的测量；可以测量的温度范围为零下55℃至125℃；分辨率高，可编程的分辨率为9至12位，测温精度较高。

3.3 系统框架的构建

本系统主要包含了数据采集、电路驱动、温度设置、显示以及单片控制等多个模块。本系统的工作流程如下：由数据模块实时采集温度数据，并将采集到的数据传送给单机片，数据信息经单机片处理后再传送至显示模块，将信息显示出来。设置模块的主要作用是提前预定温度，即为预定温度，在监测过程中，当检测到系统温度低于预定温度时，单机片立即自动控制电路，运行加热程序，加热电路，同时会有警报声提醒温度出现异常；当检测到的温度达到预定的温度时便会停止加热，系统开始正常运行。

4 基于单片机的温度控制原理

温度传感器在单片机温控系统中发挥重要作用，是温度测量值的主要载体。基于单片机温度控制原理如下：在测量实时温度后，传感器将接收到的电压信号逐渐放大并传输给单片机，使单片机在其可控范围内进行自我处理。在经单片机处理之后，A/D转换器将电压信号转换为数字信号，再通过相应的处理软件，将数字信号传送给主机，通过主机显示出来。对采集的数据进行数据信号的分析过滤可以提高数据的精确程度，过滤后的数据信号会转换为相应的标度，在屏幕上就会显示实时的温度指数。还可以根据实际情况预先设定温度，将实时温度与预设温度对比，计算两者差值，根据差值的大小对环境采取不同的调节措施。

5 单片机温度控制系统的开发与应用

单片机温度控制系统主要是采用C语言对单片机进行编程进而实现各项功能。主程序首先初始化各个模块，然后调用各个模块。热电偶能够实现将所测温度数值由模数转换电路为数字的功能，并将数字传送给单片机。单片机设定每隔10s自动进行中断，实现对所测温度集中采样并处理，将采集的温度与设定温度对比，根据不同的比对结果，系统采取不同的调整方案。然而，实时温度与预设温度的偏差也有一定的范围，当偏差值未超过该范围，即表示温度在合理范围之内，系统就会按照预先设定的程序运行，若偏差值过大，超过预定偏差，那么系统会自动中断，并且采取一定措施修正偏差。

6 结语

基于单片机的温度控制系统应用广泛，该系统具有实时、有效和精确检测温度的特点，还可以预设温度并对此进行调节温度调控，能够满足人们对于温度越来越高的要求。该系统因低成本、高精度、操作灵活而备受人们的关注，市场前景十分广阔。

参考文献

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作者单位

沈阳汽车工业学院 辽宁省沈阳市 110015