单片机的温度控制系统的研究与实现分析

摘要：随着工业生产的不断发展，单片机的应用越来越广泛。为了提高工业生产的质量，满足用户的生活需求，需要采取各种措施对单片机的温度进行有效控制。该文首先介绍了单片机的结构特点，然后在此基础上提出单片机温度控制的原理进行了系统性分析，以提高单片机的发展与应用。

关键词：单片机；温度控制；研究；分析

中图分类号：TP338 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）05-0256-02

随着技术创新与发展，计算机与互联网络的联结所产生的信息技术已经开始引领时代，并使社会各行各业开启了前所未有的变革。反过来，它也更加刺激了各种技术的再生产，或创新研究。当前，单片机在使用的过程中，为了保证产品的性能，需要不断对温度进行合理的控制与管理。研究表明，有效控制单片机的温度不但能加强操作的灵活性，而且能最大程度满足用户的需求。近年来，企业在生产的过程中，引入了单片机温度控制系统，不但解决了生产中的问题，而且大大增加了生产率，为企业带来巨大的经济收益。

1 单片机的基础知识

从单片机的发展历程来看，单片机最早又被称为：微型计算机。其特征是：由RAM、CPU、ROM等多个元件组成。单片机的体积小，方便携带，同时又具有强大的功能。在现代化工业中引入单片机，能够利用外加电源以及晶振的效能，对数字化信息做出处理，从而实现温度的控制，给企业带来更大的收益。同时，单片机还被广泛应用到日常生活中，不但能使劳动环境得到改善，降低了生产风险系数，而且加大了能源的利用度，符合可持续的发展观念。

2 单片机类型的选择以及系统框架结构

2.1 单片机的选型

为了能更好地发挥温度控制系统的作用，选择适合的单片机类型很关键。一般情况下，单片机在选择的过程中，应该符合这几个标准。比如：容量要大、运转效率要高、价格比较低廉、具有普遍适用性。本文采用的主控芯片型号为AT89S5。该款产品的优点主要有这几个方面。第一，在使用的过程中，能实现与Intel公司的8051兼容。第二，可编程序在要求的范围内，可以进行随机读，并进行储存。第三，时钟频率在0～33MHZ的范围之内，完全可以高效工作。第四，可编程输入与输入引脚的数量为32个，16位定时计数器、数据指针的数量均为2个。第五，中断电源的数量为6个，与2级优先级。第六，有双全共串行通信接口，并具有一定的先进性。

2.2 传感器的选择

本文中温度控制系统采用的传感器型号为DA18B20，改传感器由专门的半导体厂家生产，具有微型处理的功能，是比较先进的一款智能温度传感器。它的主要特征是：体积比较小、方便携带，而且数据传输的效率非常高，在远距离的情况也完全可以操作。因此，该传感器被普遍应用在各个领域中，比如军事、工业、企业，以及日常生活等。

2.3 温度控制系统框架

温度控制在营运的过程中，依靠集成模块技术来进行工作，该技术包括多个组成部分。主要有（单片机、采集、温度设置、显示、驱动电路）等模块。集成模块的工作原理是：首先，采集模块实现对数据的有效采集，然后将数据通过单片机模块输出，并对其进行加工、处理。其次，被处理后的数量上传到温度控制系统中，再通过显示模块将数据显示出来。另外，温度设置模块的功能是：在温度控制系统中，利用温度设置模块，可以提前将温度的数值设置好。当被采集的数据被监测出温度有异常时，单片机模块可以自行调节控制，如果温度大于设定的要求时，单片机就会停止加热。如果温度小于设定的要求时，单片机就会打开驱动电路，开始加热。另外，当单片机改变驱动电路时，还会发出强烈的警报声。这样，有利于工作人员及时检查系统状况，帮助系统恢复正常工作。

3 单片机温度控制系统的原理

首先，传感器对信号进行捕捉，并将其转化为电压信号，然后放大倍数，使单片机能够识别到，以便实施控制。当信号完成过滤之后，就会生成标度，使温度可见。其次，在对比实际检测温度的基础上，实行温度的调节和优化，最终将温度控制到最佳状态。最后，单片机在运行的过程中，能够完成温度的实时检测，然后根据实际的要求，对检测的结果做出调节和控制。因此，单品机在工业生产以及日常生活中被广泛应用，不但增加了温度的精准性，而且提高了企业的生产效益。除此之外，单片机在温度控制中，具有良好的安全性与稳定性，不会产生任何风险。最后，在使用单片机的过程中，还应该根据实际需要，不断完善程序，增强单片机的功能，推动它的不断发展。

4 单片机温度控制的措施

4.1 利用纯硬件的闭环控制系统

该方法在使用中，具有速度快的优势特点，同时也存在一定的局限性。比如：控制的精度不高，线路比较复杂，操作不灵活，增加了调试、安装的难度。因此在推广的过程中，遇到了很大的障碍。

4.2 利用FPGA/CPLD，以及有IP内核的FPGACPLD方式

首先，前一种方式能够实现信息的采集，并进行存储，然后显示出来。另外，在IP内核环境下，可以利用交换的方式实现信息的测量、分析。这种方法使系统结构更加合理，并且在能应用与复杂的测量中，容易操作，具有一定的优势。同时，该方法在使用中也存在一定的缺陷。比如：安装、调试困难，而且价格比较昂贵。因此，在温度控制中，也不利于推广。

4.3 在使用单片机的基础上，配合使用高精度温度传感器

单片机在使用过程中，能够完成人机界面作业，对信号进行分析与处理。另外为了补充单片机存在的缺陷，将高精度传感器纳入控制系统，完成对信号的采集、储存、转换等。这种方式能最大程度的发挥系统的优势，提高单片机温度控制的效果，值得推广。

5 单片机的温度控制系统的开发和应用

5.1 硬件电路的开发和应用

硬件电路开发的要求通常是：单片机主机、两路传感器、多路独立控制开关、调节阀门，以及传感器等设备。只要配备齐全上面的硬件后，基本上可以实现预期的效果。通过及时的检测，能够防止生产中出现的温度变化，并及时采取有效的措施，防止给企业带来损失。另外，可以安装一些辅的设备，比如报警器、显示器等，提高系统的服务功能，以便达到运行的最佳状态。

5.2 软件系统的开发和应用

软件系统的开发与应用主要通过C语言编程来实现，增加单片机温度系统的各种功能。在开发与应用的过程中，主要发挥作用的是主模块和主程序。首先，主模块在初始化之后，将温度的检测用数据显示出来，并进行处理、存储等。其次，当检测的温度超出预定范围之后，主程序在受到信号之后，能够对温度进行及时的调节，并与其他子程序通力合作，最终将温度控制在合理的范围内。

5.3 温度检测的开发和应用

在温度检测的开发和应用中，一般采用热电偶传感器来工作。该传感器的特点是：结构简单，价格低廉，测量范围广，准确度高，传输速度快，灵敏度好。当然，热电偶传感器在使用过程中，也存在一定的局限性。比如：一旦电压比较高时，该传感器识别率就会降低，影响检测的准确度。通常解决的办法是：将倍数比较高的电路安装在转换器上，提高电压信号强度，来完成数据的传输。这种办法操作简单，非常方便。

6 结束语

当前，工业、企业、军事，以及在日常生活中，为了有效实行温度的控制，普遍采用了单片机温度控制系统。该系统主要能够实现两方面的功能。一方面，能够加强温度的实时控制和检测，预防各种问题的发生。另一方面，在温度监测的过程中，能够帮助工作人员根据当前的运行状态，对温度作出控制和调节，保证系统的正常运行。另外，单片机结构简单，价格比较低，操作简单，精准度高，而且在使用中非常可靠，不会出现负面影响。实践证明，将单片机应用到工业生产中，通过对温度的有效控制，减少了工作人员的劳动强度，而且使生产率得到了很大的提高。因此，单片机在未来发展中具有更加广阔的市场。

参考文献：

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